Получение микро- и мезопористых углеродных материалов из высокозольной биомассы

Методом выщелачивания темплатной кремнеземной фазы карбонизированной высокозольной биомассы – на примере рисовой шелухи, карбонатами натрия и калия и их эквимолярной смесью, получены микропористые углеродные материалы с удельной поверхностью до 3500 м²/г по БЭТ, объемом пор до 3 см³/г. Исследовано влияние таких параметров приготовления, как условия предварительной карбонизации рисовой шелухи, температура термообработки карбонизированной рисовой шелухи с карбонатами натрия и калия, а также других параметров. Кроме того, исследована возможность получения подобных материалов из некарбонизированной рисовой шелухи.

Аннотация
В последнее время биомасса все сильнее привлекает всеобщее внимание как источник различных продуктов органического синтеза, биотоплива, а также как альтернатива традиционному ископаемому углеродсодержащему сырью (нефть, уголь и т.д.). Одним из распространенных продуктов переработки биомассы являются углеродные материалы с развитой структурой пор (активированные угли, микро- и мезопористые углеродные материалы), обладающие высокими адсорбционными свойствами и использующиеся в качестве адсорбентов в системах очистки жидкостей и газов, в химической промышленности, медицине и других областях науки и техники.
В Институте катализа разработан способ получения мезопористых углеродных материалов из высокозольной биомассы, на примере рисовой шелухи, которая обладает повышенным содержанием аморфного диоксида кремния (15 – 23 % по массе). Данное обстоятельство делает рисовую шелуху привлекательным сырьем для получения углеродных материалов с пористой структурой, которую можно контролировать за счет темплатной кремнеземной фазы. Были получены мезопористые углеродные материалы с удельной поверхностью до 1700 м²/г и микропористые углеродные материалы с удельной поверхностью до 3500 м²/г, что значительно превышает значения ~1000-1200 м²/г, характерные для типичных углеродных материалов.
Таким образом, высокозольная биомасса, в частности шелуха риса, является перспективным сырьем для получения мезопористых углеродных материалов через двухстадийный процесс: предварительную карбонизацию – с получением углерод-кремнеземных композитов и последующее выщелачивание кремнеземной фазы порошкообразными карбонатами щелочных металлов при 750 – 1000°С. Данный процесс технически проще и дешевле темплатного синтеза углеродных материалов с развитой мезопористой структурой.

(ИК СО РАН, к.х.н. Кузнецов В.Л.)