Preview

Journal of Advanced Materials and Technologies

Расширенный поиск

Синтез и исследование пористой структуры биоуглей, полученных из отходов ракообразных

https://doi.org/10.17277/jamt-2026-11-02-162-171

Аннотация

Образцы биоуглей из отходов переработки ракообразных синтезированы путем карбонизации с последующей щелочной активацией. Рассмотрено влияние параметров синтеза (время, температура) на пористую структуру биоугля. Результаты показали, что условия карбонизации биомассы существенно влияют на конечные параметры пористости. Установлено, что образцы биоугля, полученные путем варьирования параметров синтеза, микромезопористые. Показано, что температура является основным влияющим фактором при карбонизации биомассы. При трехчасовой продолжительности карбонизации и температуре 650 °C значения удельной поверхности (2708 м2/г)  и объемов пор (общий объем пор – 1,58 см3/г, объем микропор – 0,64 см3/г, объем мезопор – 0,94 см3/г) в полученном биоугле достигали максимального значения. Изучена адсорбция метана на полученном биоугле при температуре окружающей среды и давлении до 100 бар. Показано, что биоуголь из отходов переработки ракообразных демонстрирует высокую адсорбционную способность по метану, равную 18 ммоль/г. Экспериментальные данные адсорбции проанализированы с использованием моделей Ленгмюра, Фрейндлиха и Дубинина-Радушкевича. Влияние параметров синтеза на пористую структуру биоуглей, а также данные адсорбции, оцененные в исследовании, полезны для проектирования адсорбционных систем.

Об авторах

А. Е. Меметова
Тамбовский государственный технический университет
Россия

Меметова Анастасия Евгеньевна, кандидат техни­ческих наук, доцент

ул. Советская, 106/5, пом. 2, Тамбов, 392000



А. Д. Зеленин
Тамбовский государственный технический университет
Россия

Зеленин Андрей Дмитриевич, кандидат техничес­ких наук, младший научный сотрудник

ул. Советская, 106/5, пом. 2, Тамбов, 392000



В. С. Ягубов
Тамбовский государственный технический университет
Россия

Ягубов Виктор Сахибович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

ул. Советская, 106/5, пом. 2, Тамбов, 392000



Н. Р. Меметов
Тамбовский государственный технический университет
Россия

Меметов Нариман Рустемович, кандидат техни­ческих наук, доцент, заведующий кафедрой

ул. Советская, 106/5, пом. 2, Тамбов, 392000



Список литературы

1. Mohanty AK, Vivekanandhan S, Das O, et al. Biocarbon materials. Nature Reviews Methods Primers. 2024;4(1):19. DOI:10.1038/s43586-024-00297-4

2. Zhang Z, Lei Y, Li D, et al. Sudden heating of H3PO4-loaded coconut shell in CO2 flow to produce super activated carbon and its application for benzene adsorption. Renewable Energy. 2020;153:1091-1099. DOI:10.1016/j.renene.2020.02.059

3. Weber K, Quicker P. Properties of biochar. Fuel. 2018;217:240-261. DOI:10.1016/j.fuel.2017.12.054

4. Sing KSW. Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity (Recommendations 1984). Pure and Applied Chemistr. 1985;57(4):603-619. DOI:10.1351/pac198557040603

5. Hu S, Xiang J, Sun L, Xu M, Qiu J, Fu P. Characterization of char from rapid pyrolysis of rice husk. Fuel Processing Technology. 2008;89(11):1096-1105. DOI:10.1016/j.fuproc.2008.05.001

6. Memetova A, Tyagi I, Karri RR, et al. Synthesis of carbon energized materials with directed regulation of specific surface and pore structure as potential adsorbent for methane mitigation. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2022;10(6):108929. DOI:10.1016/j.jece.2022.108929

7. Wan Z, Sun Y, Tsang DCW, et al. Customised fabrication of nitrogen-doped biochar for environmental and energy applications. Chemical Engineering Journal. 2020;401:126136. DOI:10.1016/j.cej.2020.126136

8. Panwar NL, Pawar A. Influence of activation conditions on the physicochemical properties of activated biochar: a review. Biomass Conversion and Biorefiner. 2022;12(3):925-947. DOI:10.1007/s13399-020-00870-3

9. Wan Z, Sun Y, Tsang DCW, et al. Sustainable remediation with an electroactive biochar system: mechanisms and perspectives. Green Chemistry. 2020;22(9):2688-2711. DOI:10.1039/D0GC00717J

10. Ni J, Li Q, Gong L, et al. Highly efficient chemoenzymatic cascade catalysis of biomass into furfurylamine by a heterogeneous shrimp shell-based chemocatalyst and an ω-transaminase biocatalyst in deep eutectic solvent-water. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2021;9(38):13084-13095. DOI:10.1021/acssuschemeng.1c05109

11. Zhang H, Sun Q, He Q, et al. Single Cu atom dispersed on S,N-codoped nanocarbon derived from shrimp shells for highly-efficient oxygen reduction reaction. Nano Research. 2022;15(7):5995-6000. DOI:10.1007/s12274-022-4289-3

12. Zheng FY, Li R, Ge S, Xu WR, Zhang Y. Nitrogen and phosphorus co-doped carbon networks derived from shrimp shells as an efficient oxygen reduction catalyst for microbial fuel cells. Journal of Power Sources. 2020;446:227356. DOI:10.1016/j.jpowsour.2019.227356

13. Abomosallam M, Elalfy M, Zheng Z, Nagata K, Suzuki M. Adsorption kinetics and thermodynamics of toxic metal ions onto chitosan nanoparticles extracted from shrimp shells. Nanotechnology for Environmental Engineering. 2022;7(1):35-47. DOI:10.1007/s41204-021-00179-0

14. Chen S, Cai H, Du X, et al. Adsorption behavior of hierarchical porous biochar from shrimp shell for tris(2-chloroethyl) phosphate (TCEP): Sorption experiments and DFT calculations. Environmental Research. 2023;219:115128. DOI:10.1016/j.envres.2022.115128

15. Yu J, Tang L, Pang Y, et al. Hierarchical porous biochar from shrimp shell for persulfate activation: A two-electron transfer path and key impact factors. Applied Catalysis B: Environmental. 2020;260:118160. DOI:10.1016/j.apcatb.2019.118160

16. Oginni O, Singh K, Oporto G, Dawson-Andoh B, McDonald L, Sabolsky E. Effect of one-step and two-step H3PO4 activation on activated carbon characteristics. Bioresource Technology Reports. 2019;8:100307. DOI:10.1016/j.biteb.2019.100307

17. Ludwinowicz J, Jaroniec M. Effect of activating agents on the development of microporosity in polymeric-based carbon for CO2 adsorption. Carbon. 2015;94:673-679. DOI:10.1016/j.carbon.2015.07.052

18. Yang F, Wang J, Liu L, et al. Synthesis of porous carbons with high N-content from shrimp shells for efficient CO2 – capture and gas separation. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2018;6(11):15550-15559. DOI:10.1021/acssuschemeng.8b03995

19. Yuan X, Wang J, Deng S, et al. Sustainable food waste management: synthesizing engineered biochar for CO2 capture. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2022;10(39):13026-13036. DOI:10.1021/acssuschemeng.2c03029

20. Shao S, Wang Y, Ma L, Huang Z, Li X. Sustainable preparation of hierarchical porous carbon from discarded shells of crustaceans for efficient CO2 capture. Fuel. 2024;355:129287. DOI:10.1016/j.fuel.2023.129287

21. Liu C, Huang L, Wei S, et al. Valorized shrimp shell-derived aerogel for trace enrofloxacin removal from aquaculture wastewater: adsorption performance and mechanisms exploration. Gels. 2026;12(3):247. DOI:10.3390/gels12030247

22. Zhang Y, Song X, Xu Y, Shen H, Kong X, Xu H. Utilization of wheat bran for producing activated carbon with high specific surface area via NaOH activation using industrial furnace. Journal of Cleaner Production. 2019;210:366-375. DOI:10.1016/j.jclepro.2018.11.041

23. Zhang Y, Song X, Zhang P, Gao H, Ou C, Kong X. Production of activated carbons from four wastes via one-step activation and their applications in Pb2+ adsorption: Insight of ash content. Chemosphere. 2020;245:125587. DOI:10.1016/j.chemosphere.2019.125587

24. Schmidt HP. European biochar certificate (EBC) – guidelines version 6.1. Preprint posted online 2015. DOI:10.13140/RG.2.1.4658.7043

25. Gerlach FM, Szecsenyi J. Family doctor-centred care in Baden-Wuerttemberg: concept and results of a controlled evaluation study. Zeitschrift für Evidenz, Fortbildung und Qualität im Gesundheitswesen. 2013;107(6):365-371. DOI:10.1016/j.zefq.2013.07.002

26. Brunauer S, Emmett PH, Teller E. Adsorption of gases in multimolecular layers. Journal of the American Chemical Society. 1938;60(2):309-319. DOI:10.1021/ja01269a023

27. Cychosz KA, Guillet-Nicolas R, García-Martínez J, Thommes M. Recent advances in the textural characterization of hierarchically structured nanoporous materials. Chemical Society Reviews. 2017;46(2):389-414. DOI:10.1039/C6CS00391E

28. Sdanghi G, Canevesi RLS, Celzard A, Thommes M, Fierro V. Characterization of carbon materials for hydrogen storage and compression. C. 2020;6(3):46. DOI:10.3390/c6030046

29. Tarazona P. Free-energy density functional for hard spheres. Physical Review A. 1985;31(4):2672-2679. DOI:10.1103/PhysRevA.31.2672

30. Tarazona P, Evans R. A simple density functional theory for inhomogeneous liquids: Wetting by gas at a solid-liquid interface. Molecular Physics. 1984;52(4):847-857. DOI:10.1080/00268978400101601

31. Langmuir I. The adsorption of gases on plane surfaces of glass, mica and platinum. Journal of the American Chemical Society. 1918;40(9):1361-1403. DOI:10.1021/ja02242a004

32. Dubinin MM. Generalization of the theory of volume filling of micropores to nonhomogeneous microporous structures. Carbon. 1985;23(4):373-380. DOI:10.1016/0008-6223(85)90029-6

33. Hu W, Duan S, Chen Y, Zhang Y, Xie Y, Li G. Adsorption characteristics of methane on microporous carbon prepared from bitumite: Equilibrium, thermodynamics and site energy distribution studies. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2025;148:701-723. DOI:10.1016/j.jiec.2025.01.028

34. De Boer JH. The structure and properties of porous materials. In: Proceedings of the Tenth Symposium of the Colston Research Society Held in the University of Bristol. London: Butterworths Scientific Publications; 1958. p. 68-94.

35. Tan IAW, Ahmad AL, Hameed BH. Adsorption isotherms, kinetics, thermodynamics and desorption studies of 2,4,6-trichlorophenol on oil palm empty fruit bunch-based activated carbon. Journal of Hazardous Materials. 2009;164(2-3):473-482. DOI:10.1016/j.jhazmat.2008.08.025

36. Chen S, Qin C, Wang T, et al. Study on the adsorption of dyestuffs with different properties by sludge-rice husk biochar: Adsorption capacity, isotherm, kinetic, thermodynamics and mechanism. Journal of Molecular Liquids. 2019;285:62-74. DOI:10.1016/j.molliq.2019.04.035


Рецензия

Для цитирования:


Меметова А.Е., Зеленин А.Д., Ягубов В.С., Меметов Н.Р. Синтез и исследование пористой структуры биоуглей, полученных из отходов ракообразных. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2026;11(2):162-171. https://doi.org/10.17277/jamt-2026-11-02-162-171

For citation:


Memetova A.E., Zelenin A.D., Yagubov V.S., Memetov N.R. Synthesis and study of the porous structure of biochars obtained from crustacean waste. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2026;11(2):162-171. https://doi.org/10.17277/jamt-2026-11-02-162-171

Просмотров: 65

JATS XML


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-2192 (Print)
ISSN 2782-2206 (Online)