Влияние режимов термохимической переработки древесных отходов клёна на свойства углеродного сорбента

Исследовано влияние температурно-временных режимов термохимической переработки древесных отходов клёна на выход продуктов пиролиза и свойства углеродного сорбента. В качестве сырья использовали древесные отходы клёна фракции 2–3 мм с исходной влажностью 3,56 % и зольностью 1,49 %. Экспериментальная схема включала пиролиз древесного сырья в лабораторной установке с раздельным учетом углеродного остатка, пиролизной жидкости и несконденсированных газов, а также последующую паровую активацию полученного карбонизата. Пиролиз проводили при температурах 450–600 °C и продолжительности 30–90 мин; паровую активацию – при 800–900 °C и продолжительности 10–30 мин. Установлено, что повышение температуры и продолжительности пиролиза снижает выход углеродного остатка с 42,8 до 23,4 % и увеличивает долю газообразных продуктов с 25,8 до 37,6 %. Максимальный выход пиролизной жидкости – 44,6 % – получен при 550 °C и 60 мин. Паровая активация карбонизата приводит к развитию пористой структуры: при 900 °C и 20 мин удельная поверхность достигает 1248 м²/г, суммарный объем пор – 0,79 см³/г, йодное число – 1008 мг/г; при увеличении продолжительности активации до 30 мин суммарный объем пор возрастает до 0,82 см³/г. Показано, что рациональная область получения углеродного сорбента из древесных отходов клёна определяется балансом между выходом продукта, удельной поверхностью, йодным числом, сорбцией метиленового синего и активностью по толуолу.

Ключевые слова: древесные отходы клёна, пиролиз, карбонизат, пиролизная жидкость, несконденсированные газы, паровая активация, углеродный сорбент, удельная поверхность, йодное число.

INFLUENCE OF THERMOCHEMICAL PROCESSING MODES OF MAPLE WOOD WASTE ON THE PROPERTIES OF CARBON SORBENT

The paper presents an experimental study of the influence of thermochemical processing modes of maple wood waste on the yield of pyrolysis products and the properties of carbon sorbent. Maple wood waste with a particle size of 2–3 mm, moisture content of 3.56 %, and ash content of 1.49 % was used as the feedstock. The experimental sequence included pyrolysis in a laboratory unit with separate accounting of carbon residue, pyrolysis liquid, and non-condensable gases, followed by steam activation of the obtained char. Pyrolysis was carried out at 450–600 °C for 30–90 min; steam activation was performed at 800–900 °C for 10–30 min at a specific steam consumption of 1.0 kg/kg of char. It was shown that increasing pyrolysis temperature and duration decreases the carbon residue yield from 42.8 to 23.4 % and increases the gas fraction from 25.8 to 37.6 %. The maximum pyrolysis liquid yield of 44.6 % was obtained at 550 °C for 60 min. Steam activation of char improves the porous structure: at 900 °C for 20 min, the specific surface area reaches 1248 m²/g, the total pore volume is 0.79 cm³/g, and the iodine number reaches 1008 mg/g. Increasing the activation duration to 30 min raises the total pore volume to 0.82 cm³/g, but is accompanied by a decrease in specific surface area and iodine number. The rational processing region is determined by the balance between product yield, specific surface area, iodine number, methylene blue adsorption, and toluene adsorption.

Keywords: maple wood waste, pyrolysis, carbon residue, pyrolysis liquid, non-condensable gases, steam activation, carbon sorbent, specific surface area, iodine number.