UDC 676.082.2:676.084.5:54-414
DOI 10.35776/VST.2024.08.05

Arduanova Anna, Glushankova Irina

Development of a method for producing carbon sorbents by thermochemical pyrolysis of liquid cellulose waste

Summary

In the process of high-quality cardboard and newsprint production, cellulose is used prepared by thermal treatment of hardwood or softwood with cooking solutions based on alkali metal sulfites or bisulfites. As a result, spent cooking liquors containing lignosulfonates and lignosulfonic acids are generated that are subject to concentration by evaporation. A method is presented for producing carbon sorbent from evaporated liquor in the presence of an activator – potassium hydroxide; the method involves thermochemical pyrolysis of the raw material. It has been established that the developed method provides for one-stage production of carbon sorbents with properties comparable to engineering grades of active carbon. Tertiary treatment of pulping wastes by adsorption to remove lignosulfonates using active carbons of AG-3, BAU grades and carbon sorbents based on liquid lignosulfonates was studied. The obtained adsorption isotherms have allowed to establish that the carbon sorbent samples are applicable for removing organic compounds – lignosulfonates from water. A basic process flow scheme for the utilization of lignin-containing wastes with the production of sorption materials by thermochemical pyrolysis has been developed.

Key words

wastewater treatment , carbonic sorbent , pulp and paper industry , lignin-containing waste , adsorption isotherm

For citation: Arduanova A. M., Glushankova I. S. Development of a method for producing carbon sorbents by thermochemical pyrolysis of liquid cellulose wastes. Vodosnabzhenie i Sanitarnaia Tekhnika, 2024, no. 8, pp. 42–49. DOI: 10.35776/VST.2024.08.05. (In Russian).

The further text is accessible on a paid subscription.
For authorisation enter the login/password.
Or subscribe

REFERENCES

1. Примаков С. Ф. Производство сульфитной целлюлозы. – М.: Экология, 1993. 270 с.
   Primakov S. F. Proizvodstvo sul’fitnoi tsellulozy [Production of sulphite pulp. Moscow, Ekologiia Publ., 1993, 270 p.].
2. Бадикова А. Д., Куляшова И. Н., Кудашева Ф. Х. Лигносульфонаты нейтрально-сульфитного способа варки как перс­пективное сырье для получения буровых реагентов // Башкирский химический журнал. 2014. Т. 1. № 1. С. 64–66.
   Badikova A. D., Kuliashova I. N., Kudasheva F. Kh. [Lignosulfonates prepared by the neutral-sulfite cooking method as a promising raw material for the production of drilling chemicals]. Bashkirskii Khimicheskii Zhurnal, 2014, v. 1, no. 1, pp. 64–66. (In Russian).
3. Афанасьев Н. И., Тельтевская С. Е., Макаревич Н. А., Парфенова Л. Н. Структура и физико-химические свойства лигносульфонатов. – Екатеринбург: Уральское отделение РАН, 2005. 162 с.
   Afanas’ev N. I., Tel’tevskaia S. E., Makarevich N. A., Parfenova L. N. Struktura i fiziko-khimicheskie svoistva lignosul’fonatov [Structure and physicochemical properties of lignosulfonates. Ekaterinburg, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences Publ., 2005, 162 p.].
4. Непенин Н. Н. Производство сульфитной целлюлозы. – М.: Лесная промышленность, 1976. 625 с.
   Nepenin N. N. Proizvodstvo sul’fitnoi tselliulozy [Production of sulfite pulp. Moscow, Lesnaia Promyshlennost’ Publ., 1976, 625 p.].
5. Hartler N. Effects of fundamental research on pulping. The role of fundamental research in paper-making. BioResources, 2018, no. 10, pp. 67–76.
6. Дейнеко И. П. Утилизация лигнина: достижения, проблемы и перспективы // Химия растительного сырья. 2012. № 1. С. 5–20.
   Deineko I. P. [Lignin utilization: achievements, problems and prospects]. Khimiia Rastitel’nogo Syr’ia, 2012, no. 1, pp. 5–20. (In Russian).
7. Hon D. N. S. Chemical modification of lignocellulosic materials. New York: Chemical Modification of Lignocellulosic Materials, 1995, 370 p.
8. Цветков М. В., Салганский Е. А. Лигнин: направления использования и способы утилизации // Журнал прикладной химии. 2018. Т. 91. № 7. С. 988–997.
   Tsvetkov M. V., Salganskii E. A. [Lignin: uses and methods of disposal]. Zhurnal Prikladnoi Khimii, 2018, v. 91, no. 7, pp. 988–997. (In Russian).
9. Лотош В. Е. Переработка отходов природопользования: монография. – Екатеринбург: Полиграфист, 2007. 503 с.
   Lotosh V. E. Pererabotka otkhodov prirodopol’zovaniia: monografiia [Recycling of environmental wastes: a monograph. Ekaterinburg, Poligrafist Publ., 2007, 503 p.].
10. Беляев Е. Ю. Получение и применение активированных углей в экологических целях // Химия растительного сырья. 2000. № 2. С. 5–15.
    Beliaev E. Iu. [Production and use of activated carbons for environmental purposes]. Khimiia Rastitel’nogo Syr’ia, 2000, no. 2, pp. 5–15. (In Russian)
11. Веприкова Е. В, Кузнецова С. А., Чесноков Н. В. Свойства энтеросорбентов, полученных из автогидролизованной коры березы // Химия в интересах устойчивого развития. 2012. Т. 20 (6). С. 673–678.
    Veprikova E. V., Kuznetsova S. A., Chesnokov N. V. [Properties of enterosorbents prepared from autohydrolyzed birch bark]. Khimiia v Interesakh Ustoichivogo Razvitiia, 2012, v. 20 (6), pp. 673–678. (In Russian).
12. Еремина А. О., Головина В. В., Чесноков Н. В., Кузнецов Б. Н. Углеродные адсорбенты из гидролизного лигнина для очистки сточных вод от органических примесей // Journal of Siberian Federal University. Chemistry. 2011. № 4. С. 100–107.
    Eremina A. O., Golovina V. V., Chesnokov N. V., Kuznetsov B. N. [Carbon adsorbents from hydrolytic lignin for removing organic pollutants from wastewater]. Journal of Siberian Federal University. Chemistry, 2011, no. 4, pp. 100–107. (In Russian).
13. Baklanova O. N., Plaksin G. V., Drozdov V. А. Preparation of microporous sorbents from cedar nutshells and hydrolytic lignin. Carbon, 2003, no. 9, pp. 1793–1800.
14. Mussatto Solange I., Fernandes Marcela, Rocha George J. M. Production, characterization and application of activated carbon from brewer’s spent grain lignin. Bioresource Technology, 2010, no. 101, pp. 2450–2457.
15. Kriaa A., Hamdi N., Srasra E. Removal of Cu (II) from water pollutant with Tunisian activated lignin prepared by phospohoric acid activation. Desalination, 2010, no. 250, pp. 179–187.
16. Белецкая М. Г. Методы термохимической активации в синтезе активных углей из технических лигнинов // Известия вузов. Серия: Лесной журнал. 2011. № 6. С. 125–132.
    Beletskaia M. G. [Methods of thermochemical activation in the synthesis of active carbons from technical lignins]. Izvestiia Vuzov. Forest Journal Series, 2011, no. 6, pp. 125–132. (In Russian).
17. Кардаш Ю. Н. Технология сульфитных щелоков: методические указания к лабораторным работам. – Минск: Белорусский государственный технологический университет, 2011. 28 с.
    Kardash Iu. N. Tekhnologiia sul’fitnykh shchelokov: metodicheskie ukazaniia k laboratornym rabotam [Technology of sulfite liquors: guidelines for laboratory work. Minsk, Belarusian State Technological University Publ., 2011, 28 p.].
18. Каткевич Р. Г., Каткевич Ю. Ю., Болоде Б. К. Ферментативный гидролиз полисахаридов древесины и соломы путем обработки растворами NaOH и КОН при 120 °С // Химия древесины. 1980. № 2. С. 85–88.
    Katkevich R. G., Katkevich Iu. Iu., Bolode B. K. [Enzymatic hydrolysis of wood and straw polysaccharides by treatment with NaOH and KOH solutions at 120 °C]. Khimiia Drevesiny, 1980, no. 2, pp. 85–88. (In Russian).
19. Цыганова С. И., Королькова И. В., Бондаренко Г. В., Чесноков Н. В., Кузнецов Б. Н. Формирование высокопористых углеродных материалов из древесины березы, модифицированной фосфорной кислотой и гидроксидом калия // Journal of Siberian Federal University. Chemistry 3. 2009. № 2. С. 275–281.
    Tsyganova S. I., Korol’kova I. V., Bondarenko G. V., Chesnokov N. V., Kuznetsov B. N. [Formation of highly porous carbon materials from birch wood modified with phosphoric acid and potassium hydroxide]. Journal of Siberian Federal University. Chemistry 3, 2009, no. 2, pp. 275–281. (In Russian).
20. Ардуанова А. М. Получение сорбционных материалов из лигнинсодержащих отходов для очистки сточных вод / Актуальные проблемы наук о Земле: использование природных ресурсов и сохранение окружающей среды: сборник материалов V Международной научно-практической конференции. Брест, 27–29 сентября 2021 г. В 2 ч. Ч. 2. – Брест: Брестский государственный университет им. А. С. Пушкина, 2021. С. 64–66.
    Arduanova A. M. [Obtaining sorption materials from lignin-containing waste for wastewater treatment]. Current problems of Earth sciences: use of natural resources and conservation of the environment: collection of papers of the V International Scientific and Practical Conference. Brest, September 27–29, 2021. in 2 parts. Part 2. Brest, Brest State University named after A. S. Pushkin Publ., 2021, pp. 64–66. (In Russian).
21. Ардуанова А. М., Глушанкова И. С. Выбор коагулянтов и флокулянтов для локальной очистки сточных вод целлюлозно-бумажного производства // Водоснабжение и санитарная техника. 2022. № 5. С. 14–20. DOI: 10.35776/VST.2022.05.05.
    Arduanova A. M., Glushankova I. S. [Choosing coagulants and flocculants for the local treatment of wastewater of pulp and paper industry]. Vodosnabzhenie i Sanitarnaia Tekhnika, 2022, no. 5, pp. 14–20. DOI: 10.35776/VST.2022.05.05. (In Russian).