Синтез, физико-химические и сорбционные свойства активированного биоугля на основе отходов плодов персика, модифицированного углеродными нанотрубками тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Кадум Али Хуссейн Кадум

• Кадум Али Хуссейн Кадум
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Кадум Али Хуссейн Кадум

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ПОЛУЧЕНИЕ АДСОРБЕНТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ ГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ КАРБОНИЗАЦИЕЙ

1.1 Метод гидротермальной карбонизации

1.2 Факторы, влияющие на процесс гидротермальной карбонизации

1.2.1 Влияние температуры

1.2.2 Влияние давления

1.2.3 Влияние времени реакции

1.2.4 Влияние типа биомассы

1.2.5 Влияние кислотности среды

1.2.6 Влияние размера частиц биомассы

1.2.7 Влияние присутствия катализаторов

1.3 Получение гидротермального углерода из растительных остатков

1.3.1 Этапы метода гидротермальной карбонизации

1.3.2 Типы предшественников углерода для ГТК-метода

1.4 Использование биоугля из растительных отходов, полученного гидротермальной карбонизацией, в процессах адсорбции загрязнителей из водных сред

1.5 Модифицирование активированных углей углеродными наноматериалами

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БИОУГЛЯ: ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1 Материалы и оборудование, используемые для приготовления биоугля

2.1.1 Исходные материалы для получения образцов и проведения сорбционных исследований

2.1.2 Оборудование для синтеза биоугля и проведения сорбционных исследований

2.2 Методы изучения физико-химических свойств адсорбента

2.3 Исследование кинетики жидкофазной адсорбции

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СИНТЕЗА УЛЬТРАПОРИСТЫХ АКТИВИРОВАННЫХ БИОУГЛЕЙ НА ОСНОВЕ ПЛОДОВ ПЕРСИКА

3.1. Определение эффективной стадии углефикации растительной биомассы плодов персика

3.2. Определение режимных условий процесса получения активированного биоугля методом гидротермальной карбонизации

3.2.1. Методика синтеза

3.2.2. Физико-химические свойства образцов

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 4. ПОЛУЧЕНИЕ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ, МОДИФИЦИРОВАННОГО УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ, И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕГО ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

4.1 Методика синтеза активированного угля, модифицированного углеродными нанотрубками

4.2 Исследование физико-химических свойств наномодифицированных биоуглей

4.2.1 Сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия

4.2.2 Инфракрасная спектроскопия

4.2.3 КР-спектроскопия

4.2.4 Рентгенофазовый анализ

4.2.5 Анализ удельной поверхности, объема и размера пор

4.2.6 Термический анализ и дифференциально-сканирующая калориметрия

4.2.7. Определение гранулометрического состава и насыпной плотности наномодифицированных биоуглей

4.3 Механизм формирования наномодифицированного биоугля

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 5 ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ НАНОМОДИФИЦИРОВАННОГО АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ

5.1 Сравнительные испытания образцов в статическом режиме

5.2 Динамика сорбции органических красителей на

наномодифицированном активированном угле

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ. Акт внедрения результатов диссертационной работы

Список сокращений и условных обозначений

АУ - активированный уголь;

БЭТ - метод определения удельной поверхности по теории Брунауэра-

Эммета-Теллера;

В/Ч - высокой чистоты;

ГТК - гидротермальная карбонизация;

ДСК - дифференциальная сканирующая калориметрия;

ИК - инфракрасная спектроскопия;

КК - краситель конго красный;

КР - спектроскопия комбинационного рассеяния света;

КУ - карбонизированный уголь;

МЗ - краситель малахитовый зеленый;

ОКР - область когерентного рассеяния;

ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия;

РФА - рентгенофазовый анализ;

СЭМ - сканирующая электронная микроскопия;

ТГ - термогравиметрия;

ТГА - термогравиметрический анализ;

УНТ - углеродные нанотрубки;

ХЧ - химически чистый;

EDX или EDS - энергодисперсионный рентгеновский анализ; b - ширина рефлекса на полувысоте, рад; B - кинетический коэффициент; Bt - безразмерный параметр; С - толщина слоя (константа), мг/г; d - средний размер пор, нм;

dhki - межплоскостное расстояние между углеродными слоями, нм;

D - диаметр частиц биоугля, мкм;

De - эффективный коэффициент диффузии, м2/с;

F - степень завершенности процесса;

к1 - константа скорости адсорбции псевдо-первого порядка, мин-1; к2 - константа скорости адсорбции реакции псевдо-второго порядка, (мг/г) мин;

kid - коэффициент внутричастичной диффузии, мг/г мин -1/2; La - средний размер графита в плоскости слоя, нм;

Lc - средний размер группы параллельных слоев, перпендикулярных слоям графита, нм;

N - количество слоев в доменах, шт; P - весовая доля частиц, %;

Qe - адсорбционная емкость в момент равновесия, мг/г; QexP - экспериментальная адсорбционная емкость в момент равновесия, мг/г;

Qt - экспериментальная адсорбционная емкость в момент времени t, мг/г;

го - средний радиус зерна сорбента, м;

SW - удельная площадь поверхности, м2/г;

t - время адсорбции, мин;

Кмезо - объем мезопор, см3/г;

^общий - общий объем пор, см3/г;

Кмикро - объем микропор, см3/г;

а - начальная скорость потока, мин-1мг/г;

в - константа десорбции, отражающая степень покрытия поверхности и энергию активации хемосорбции, г/мг; р - насыпная плотность биоугля, кг/м3; 0 - угол дифракции рентгеновских лучей, град.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез, физико-химические и сорбционные свойства активированного биоугля на основе отходов плодов персика, модифицированного углеродными нанотрубками»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Проблемы регенерации сточных вод и комплексной очистки воды для высокотехнологичных производств имеют большое значение в связи с ужесточением современных экологических требований. Перспективными для применения в этой области являются углеродные материалы, синтезированные из растительных отходов, являющихся возобновляемым ресурсом.

В настоящее время ведется целенаправленный синтез многофункциональных адсорбентов, обладающих возможностями широкого применения в различных отраслях народного хозяйства. Известны работы ряда авторитетных российских авторов, в которых описаны варианты получения активированных углей из косточек персика. В частности, в работах Клушина В.Н. с соавторами описаны условия получения активных углей из фрагментов косточек персиков - отходов пищевых предприятий республики Кабардино-Балкария; в работах Салимова И.Р. [и др.] приведен метод получения активированного угля из скорлупы персиковых косточек. В то же время, после переработки плодов персика и удаления косточек остается значительный объем персиковых выжимок, которые также могут являться перспективным сырьем для производства биоуглей.

Для улучшения эксплуатационных свойств бюджетной растительной основы производят ее модифицирование высокоактивными агентами -углеродными нанотрубками (УНТ), графеном и их производными. Использование графеновых структур обусловлено их высокими адсорбционными свойствами, способностью изменять химию поверхности, структурными свойствами в нанометровом масштабе, которые определяются методом и критериями синтеза.

Адсорбенты на основе углеродных материалов из возобновляемых растительных отходов, модифицированных УНТ в качестве структурообразователя и дополнительного компонента, могут оказаться

весьма эффективными при очистке промышленных сточных вод от ионов тяжелых металлов и органических загрязнителей.

Таким образом, актуальность данного исследования заключается в решении проблемы утилизации крупнотоннажных отходов плодово-ягодного хозяйства (персиковые выжимки) с последующим преобразованием в высокотехнологичный функциональный продукт с высокой добавленной стоимостью, что, в свою очередь, будет способствовать решению таких глобальных проблем народного хозяйства и АПК, как уменьшение «углеродного следа», очистка и ремедиация загрязненных водных систем.

Объектом исследования является процесс синтеза эффективного сорбента на основе активированного биоугля из персиковых выжимок, модифицированного углеродными нанотрубками.

Предмет исследования - закономерности влияния параметров синтеза биоугля, модифицированного УНТ, на его физико-химические и адсорбционные свойства.

Цель диссертации - разработка методики получения наномодифицированных адсорбентов на основе биомассы из растительных отходов (персика) и углеродных нанотрубок для очистки водных сред от органических соединений.

Для реализации поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

- обосновать выбор способа получения активированного угля на основе плодов персика и разработать методику получения ультрапористого активированного биоугля из персиковых выжимок, а также изучить влияние режимных параметров синтеза на структурно-морфологические и физико-химические свойства полученных образцов;

- разработать методику синтеза активированного биоугля из персиковых выжимок, модифицированного углеродными нанотрубками,

определить рациональную массовую долю УНТ, а также предложить механизм формирования структуры синтезируемого материала;

- определить сорбционные свойства наномодифицированного активированного биоугля в сравнении с биоуглем без добавок в статическом и динамическом режимах.

Методы исследования. При выполнении работы использованы методы рентгенофазового и синхронного термического анализа, ИК- и КР-спектроскопии, анализа удельной поверхности и объема пор по адсорбции азота, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии с возможностью энергодисперсионного рентгеновского анализа, спектрофотометрический метод измерения оптической плотности растворов органических красителей. Насыпную плотность биоугля определяли по ГОСТ 55959-2014.

Научная новизна работы.

Разработана методика получения активированных ультрапористых (с развитой удельной поверхностью и объемом пор) биоуглей на основе персиковых выжимок, включающая, помимо термической карбонизации и щелочной активации, стадию гидротермальной карбонизации, обеспечивающую ускоренную углефикацию сырья и повышение выхода целевого продукта.

Предложена гипотеза о механизме изменения структуры наномодифицированного биоугля при добавлении углеродных нанотрубок на стадии гидротермальной карбонизации, объясняющая повышение его функциональных характеристик по сравнению с образцами немодифицированного материала. Показано, что разработанная методика позволяет решить проблему агломерации нанотрубок и обеспечивает формирование структуры биоугля с улучшенной текстурой пористого пространства.

Установлены закономерности влияния содержания углеродных нанотрубок на структурные и физико-химические характеристики

наномодифицированного биоугля, позволившие определить эффективный состав материала с высокой сорбционной емкостью.

Практическая значимость.

Разработан способ получения активированного биоугля из персиковых выжимок, включающий дополнительную стадию гидротермальной карбонизации, позволяющий синтезировать образцы сорбента с ультрапористой углеродной структурой (удельная поверхность по БЭТ составляет 2945 м2/г при общем объеме пор 1,7 см3/г и объеме микропор 1,58 см3/г) и высокими показателями сорбционной активности, а также проводить эффективное модифицирование биоугля углеродными нанотрубками.

Определена эффективная массовая доля внесения углеродных нанотрубок в состав биомассы на стадии гидротермальной карбонизации -0,05 мас. %, обеспечивающая максимальную в заданных условиях адсорбционную емкость: 2987 и 1201 мг/г по малахитовому зеленому и конго красному, соответственно.

Опытно-промышленная апробация образцов наномодифицирован-ного активированного биоугля из плодов персика на предприятии Куват Аль Иткан, г. Багдад, Ирак, подтвердила высокую эффективность материалов в процессе удаления органических загрязнителей (на примере красителя фенолового красного): а) сокращение (на 30-34%) времени проведения очистки модельного раствора; б) увеличение сорбционной емкости в 7-8 раз при одинаковых условиях сорбции (вес сорбента, объем и концентрация раствора), в сравнении с используемым промышленным кокосовым углем.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту.

1. Методика получения активированного угля из плодов персика, включающая дополнительную стадию гидротермальной карбонизации, позволяет синтезировать ультрапористый материал с размером частиц около 50 мкм, насыпной плотностью, равной 113 кг/м3, удельной

поверхностью - 2945 м2/г при общем объеме пор - 1,7 см3/г и объеме микропор - 1,58 см3/г (пункт 3.1 паспорта научной специальности 2.6.6).

2. Дополнительная стадия гидротермальной карбонизации при введении в биомассу отходов персика углеродных нанотрубок позволяет сформировать измененную структуру активированного биоугля, представляющую собой каркас из углеродных нанотрубок, вокруг которых локализуются глобулы углеродной биомассы, формируя ожерелье-подобные кластеры, образуя, тем самым, дополнительные транспортные каналы для подвода загрязнителя к микропорам. В результате получены наномодифицированные активированные биоугли с ультрапористой текстурой и величиной удельной поверхности по модели БЭТ, равной 2876 м2/г, общим объемом пор - 1,64 см3/г, средним диаметром пор - 2,28 нм (пункт 3.7).

3. Введение 0,05 мас. % УНТ обеспечивает максимальные значения адсорбционной емкости наномодифицированных биоуглей по модельным красителям: для малахитового зеленого - 2987 мг/г и 1201 мг/г для конго красного. Установлен смешанно-диффузионный механизм адсорбции органических красителей на наномодифицированном активированном биоугле и определен эффективный коэффициент диффузии молекул сорбатов (по модели Бойда), равный 0,004-10-5 и 0,007-10-5 м2/с для малахитового зеленого и конго красного, соответственно (пункт 3.3).

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования докладывались и обсуждались на IX Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием) «Мир науки без границ» (Тамбов, 2022); III Международной научно-практической конференции «Цифровизация агропромышленного комплекса» (Тамбов, 2022); V Международной научно-практической конференции «Графен и родственные структуры: синтез, производство и применение» (Тамбов, 2023); XV Международной научно-инновационной молодежной конференции

«Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент» (Тамбов, 2023); VI Международной научно-технической конференции «Технологическая независимость и Конкурентоспособность союзного Государства, СТРАН СНГ, ЕАЭС И ШОС» (Минск, 2023); XII Международном водно-химическом форуме (Минск, 2024); V Международной конференции «Нанотехнологии и наноматериалы: современное состояние и перспективы развития» (Волгоград, 2025).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, из них 4 статьи в реферируемых журналах по списку ВАК и 1 в журнале, индексируемом в МНБД SCOPUS.

Личный вклад. Автор участвовал в постановке цели и задач работы, разработал и реализовал программу экспериментальных исследований. Им проведен синтез всех образцов биоуглей, анализ и обработка полученных результатов исследований. Принимал активное участие в обсуждении полученных результатов и написании научных статей.

Структура и объём диссертации. Диссертация включает введение, пять глав, выводы, список использованных источников и приложение. Работа изложена на 121 странице машинописного текста, содержит 18 таблиц и 51 рисунок.

ГЛАВА 1 ПОЛУЧЕНИЕ АДСОРБЕНТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ ГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ КАРБОНИЗАЦИЕЙ

1.1 Метод гидротермальной карбонизации

Гидротермальная карбонизация (ГТК) представляет собой конверсионный термохимический процесс, который осуществляется при температуре 150-250 °С и давлении 2-5 МПа, что приводит к образованию гидроугля с высоким энергосодержанием [1].

Отличительной особенностью данной технологии является возможность обработки влажных отходов без предварительной сушки [2]. Сырье для процесса включает разнообразные органические материалы, такие как водная биомасса, сельскохозяйственные отходы (например, рисовая шелуха и остатки растений подсолнечника), а также определенные промышленные и животноводческие отходы, такие как отходы животноводческих и птицефабрик [3].

Процесс гидротермальной карбонизации начинается с нагрева сырьевого материала в реакторе до заданной температуры, после чего его поддерживают при этой температуре в течение определенного времени. Это приводит к образованию газовой смеси, проникающей в структуру исходного материала и образующей вторичные газы, где доминирующей является окись углерода. Полученная водная суспензия содержит воду с небольшим содержанием органических и твердых веществ.

Следующим этапом является формирование «мокрого кека» путем удаления части воды из суспензии, что достигается центрифугированием, фильтрацией или другими методами удаления воды. Полученный «мокрый осадок» подвергается сушильной печи для получения углеродородного продукта с высоким содержанием углерода.

На рисунке 1.1 ниже показан ход процесса гидротермальной карбонизации, а также различные типы используемого сырья и материалов, полученных в результате этого процесса.

Рисунок 1. 1 - Процесс гидротермальной карбонизации

Несмотря на ряд преимуществ, ГТК-метод также обладает своими недостатками и проблемами. Одним из основных аспектов, требующих внимания, являются затраты на электроэнергию. Процесс гидротермальной карбонизации может потреблять значительное количество энергии для

поддержания высоких температур и давлений в реакторе, что, в свою очередь, может снизить эффективность процесса и сделать его менее экономически конкурентоспособным [4].

Кроме того, в процессе гидротермальной карбонизации могут образовываться газы, включая диоксид углерода и метан, что требует дополнительных усилий по их улавливанию или очистке для уменьшения воздействия на окружающую среду [5].

Осуществление процесса гидротермальной карбонизации также зависит от использования воды, что может стать проблемой в районах с ограниченными водными ресурсами. Более того, промышленная реализация этого метода влечет за собой значительные финансовые и технические трудности, затрудняя переход от лабораторных исследований к промышленному применению.

1.2 Факторы, влияющие на процесс гидротермальной карбонизации

Процесс гидротермальной карбонизации подвержен влиянию различных факторов, которые могут варьироваться в зависимости от конкретных условий процесса.

1.2.1 Влияние температуры

Высокая температура в процессе ГТК играет ключевую роль в химических реакциях и термическом разложении биомассы [6]. Важно рассмотреть несколько аспектов.

На химические реакции в процессе гидротермальной карбонизации влияет температура, где при повышенных температурах происходят химические реакции, включая гидролиз, дегидратацию, полимеризацию и другие, приводящие к образованию углеродного продукта. Тоже высокая температура способствует термическому разложению органических

соединений в биомассе, приводя к выделению газов и образованию твердого углеродного материала.

Стоит отметить, что, высокая температура может способствовать образованию более структурированного и улучшенного углеродного продукта с желаемыми свойствами, такими как повышенная энергетическая плотность и механическая прочность [6].

Еще одно влияние температуры на процесс гидротермальной карбонизации заключается в том, что под воздействием высокой температуры в процессе гидротермальной карбонизации происходит испарение воды, что может снизить влажность углеродного продукта и улучшить его качество.

Кроме того, высокие температуры могут способствовать формированию пористой структуры в углеродном материале, что важно для улучшения его поглощающих и фильтрующих свойств [7].

Таким образом, контроль температуры является ключевым параметром в процессе гидротермальной карбонизации, поскольку она существенно влияет на химические и физические свойства конечного углеродного продукта.

1.2.2 Влияние давления

Повышенное давление оказывает влияние на температуру кипения воды, что в свою очередь изменяет условия процесса гидротермальной карбонизации и влияет на образование углеродных материалов. Под обычным атмосферным давлением вода кипит при 100°С.

Однако, под повышенным давлением, температура кипения воды также повышается. Это позволяет достичь более высоких температур в процессе гидротермальной карбонизации без необходимости использования экстремально высоких температур.

Повышенное давление может привести к образованию углеродных материалов с различными свойствами по сравнению с процессом при нормальном атмосферном давлении.

Стоит отметить, что изменение давления также влияет на кинетику реакций [8]. Это может оказать влияние на скорость образования углеродных материалов и их характеристики. где повышенное давление может привести к образованию углеродных материалов с улучшенными свойствами, такими как повышенная плотность, улучшенная механическая прочность или другие желаемые характеристики. Таким образом, изменение давления в процессе гидротермальной карбонизации является важным параметром, который может быть использован для контроля и оптимизации процесса получения углеродных материалов.

1.2.3 Влияние времени реакции

Продолжительность времени, в течение которого происходит гидротермальная карбонизация биомассы, является ключевым параметром, оказывающим существенное воздействие на конечные характеристики углеродного продукта. Длительные периоды обработки приводят к более полному термическому разложению биомассы, улучшая энергетическую плотность углеродного материала. Это изменение также влияет на его структуру, делая продукт более компактным и устойчивым.

Кроме того, продолжительная гидротермальная карбонизация оказывает влияние на пористость и поверхность углеродного материала. Увеличение пористости может улучшить его адсорбционные свойства, что актуально для применений в качестве адсорбента в различных отраслях. Также, изменения в структуре поверхности могут сделать углеродный продукт эффективным катализатором в химических реакциях [9, 10].

Эти аспекты делают продолжительность времени в гидротермальной карбонизации критическим фактором, который следует оптимизировать в

зависимости от требований конечного использования углеродного продукта.

1.2.4 Влияние типа биомассы

Различные виды биомассы, такие как древесина, сельскохозяйственные отходы и водоросли, могут давать уникальные углеродные продукты в результате гидротермальной карбонизации, и это объясняется различиями в химическом составе этих материалов [11].

Гидротермальная карбонизация древесины может привести к получению углеродного материала с высокой плотностью и хорошей механической прочностью [12].

Биомасса сельскохозяйственных отходов, таких как стебли, листья и прочее, может содержать различные органические соединения, что влияет на состав углеродного продукта. Процесс карбонизации может привести к образованию продукта с разнообразными текстурными и структурными характеристиками.

Водоросли с высоким содержанием влаги и углерода, подвергнутые гидротермальной карбонизации, могут формировать углеродный продукт с улучшенной пористостью и специфической площади поверхности гидроуглей по методу БЭТ [13].

Выбор исходной биомассы имеет существенное значение, поскольку различия в их составе определяют химические и физические свойства конечного углеродного продукта, что делает гидротермальную карбонизацию универсальным методом для получения разнообразных углеродных материалов.

Важные компоненты биомассы, такие как целлюлоза и лигнин, могут существенно влиять на процесс ГТК и его конечный продукт. Целлюлоза, как полисахарид, может быть хорошим источником углерода в процессе ГТК. Высокое содержание целлюлозы может способствовать формированию большего выхода углерода. Более высокая степень кристалличности целлюлозы может снижать ее склонность к

гидротермальному разложению, что может повлиять на выход и свойства конечных продуктов.

Лигнин представляет собой совокупность высоконеоднородных полимеров, полученных из нескольких лигнольных предшественников. Неоднородность возникает из-за разнообразия и степени связывания этих лигнольных предшественников. Лигнолы бывают трех основных типов, все производные фенилпропана: конифериловый, синапиловый и паракумариловый спирт. Лигнин, как сложный полимер, может быть менее стабильным при гидротермальных условиях. Это может привести к образованию различных продуктов разложения и влиять на характеристики угольных материалов. Кроме того, лигнин может способствовать образованию карбонатов в процессе ГТК, что может влиять на физико-химические свойства угля.

Помимо целлюлозы и лигнина существует гемицеллюлоза, представляющая собой сложный гликан, состоящий из различных сахарных групп и групп уроновой кислоты, а также гемицеллюлоза содержит большое количество свободных гидроксильных групп [14]. В процессе ГТК эти соединения разлагаются в следующем порядке: гемицеллюлоза > целлюлоза > лигнин [15].

В зависимости от соотношения целлюлозы и лигнина может возникнуть синергия или антагонистическое воздействие, что влияет на общий характер продуктов.

1.2.5 Влияние кислотности среды

Химическая среда, кислая, щелочная и другие, имеет значительное воздействие на процессы гидротермальной деградации биомассы.

Значение pH среды, в которой протекает процесс гидротермальной реакции, влияет на продукты процесса разложения, так как при pH ниже 7 выделяются органические кислоты, которые способствуют стимуляции распада биомолекул и тем самым приводят к образованию гидроугля [16].

Различия в pH влияют на свойства гидроугля, поскольку добавление кислот или щелочей в качестве катализатора увеличивает концентрацию гидроксид-ионов или концентрацию протонов, что приводит к увеличению ионной силы и улучшению скорости реакции [17].

Таким образом, выбор химической среды является важным параметром в процессах преобразования биомассы, поскольку он определяет характер и выходные продукты реакции гидролиза и гидротермальной деградации.

1.2.6 Влияние размера частиц биомассы

Размер частиц биомассы является важным фактором, влияющим на скорость реакции. Мелкие частицы биомассы (0-500 мкм) не оказывают существенного влияния на скорость продуктов гидротермальной карбонизации, однако при более крупных размерах (500-850 мкм) скорость разложения увеличивается при температуре от 230 до 400 но скорость разложения медленнее при температуре выше 400°С Следует отметить, что, чем меньше размер частиц, тем больше в них содержания углерода и водорода [18]. Мелкие частицы биомассы легче проникают в горячую воду, что повышает эффективность взаимодействия и обеспечивает более равномерное воздействие тепла на материал. Это важно для обеспечения равномерного прогрева и распределения тепла в процессе.

Следовательно, оптимизация размера частиц биомассы может быть ключевым аспектом при планировании процессов, связанных с гидротермальной карбонизацией, с целью достижения максимальной эффективности и контроля параметров реакции.

1.2.7 Влияние присутствия катализаторов

Добавление катализаторов представляет собой эффективный метод ускорения химических реакций и повышения эффективности процесса гидротермальной карбонизации биомассы. Использование катализаторов

позволяет снизить температуру, при которой происходит пиролиз и образование гидроугля [19].

Использование катализаторов также обеспечивает возможность более точного контроля условий процесса [19], что позволяет оптимизировать параметры, такие как температура, давление и время реакции.

1.3 Получение гидротермального углерода из растительных остатков

1.3.1 Этапы метода гидротермальной карбонизации

Получение гидротермального углерода из растительных остатков -это процесс, который включает в себя подвергание растительных материалов воздействию высокой температуры и давления в присутствии воды. Этот метод, известный как гидротермальная карбонизация, позволяет превратить растительные остатки в углеродный продукт для различных применений.

Важные стадии процесса включают:

1. Подготовка сырья.

Для процесса гидротермальной карбонизации растительных остатков, таких как древесина, сельскохозяйственные отходы или другие растительные материалы, важен этап предварительной подготовки.

Этот этап включает в себя механическую обработку, такую как измельчение или дробление, с целью обеспечения более равномерного воздействия воды и тепла в процессе гидротермальной карбонизации [20].

Это приводит к уменьшению размера частиц материала, что повышает его доступность для воздействия воды и обеспечивает более эффективный теплообмен во время гидротермальной карбонизации. Стоит отметить, что, равномерное распределение размеров частиц обеспечивает однородное прогревание и проникновение воды в структуру материала. Это существенно для достижения оптимальных условий реакции и получения высококачественного гидротермального углерода.

Этот этап предварительной подготовки не только повышает эффективность процесса, но также способствует равномерности реакции, что важно для получения углеродного продукта с желаемыми характеристиками.

2. Реакция в гидротермальных условиях.

В процессе гидротермальной карбонизации смесь растительного сырья и воды подвергается воздействию высокой температуры и давления в специальном реакторе. Эти условия стимулируют химические и физические изменения в структуре материала, что приводит к образованию гидротермального углерода.

Повышенная температура способствует термическому разложению биомассы [21], приводя к образованию углеродных структур. Этот процесс может включать в себя пиролиз и газификацию органических компонентов растительного материала. Давление в реакторе играет ключевую роль в создании особых условий, при которых вода может существовать в жидком состоянии при более высоких температурах. Это создает уникальную среду для химических реакций и изменений в структуре материала.

Под воздействием высоких температур и давлений происходят химические реакции, включая гидролиз и дегидратацию, а также физические процессы, такие как образование пор и изменение структуры углерода. Гидротермальный углерод, полученный таким образом, может использоваться в различных промышленных приложениях, таких как производство топлива, производство углеродных материалов и мн. др.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кадум Али Хуссейн Кадум, 2025 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Wang, L.K. Solid waste engineering and management: Volume 2 / L.K. Wang, M.S. Wang, Y. Hung: Springer Nature. - 2022. - 728 p.

2. Bhakta, S. H. Hydrothermal carbonization of renewable waste biomass for solid biofuel production: A discussion on process mechanism, the influence of process parameters, environmental performance and fuel properties of hydrochar / S.H. Bhakta, A.K. Sarmah, B. Dubey // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2020. - V. 123. - P. 109761.

3. Polprasert, C. Organic waste recycling: technology, management and sustainability / C. Polprasert, T. Koottatep: IWA Publishing. - 2017. - 600 p.

4. Yu, S. Breaking the temperature limit of hydrothermal carbonization of lignocellulosic biomass by decoupling temperature and pressure / S. Yu, X. Yang, Q. Li, Y. Zhang, H. Zhou // Green Energy & Environment. - 2023. - V. 8(4). - P. 1216-1227.

5. Venna, S. Hydrothermal carbonization of organic fraction of municipal solid waste: Advantage, disadvantage, and different application of hydrochar / S. Venna, H.B. Sharma, V.S. Cheela, B. Dubey // Emerging Treatment Technologies for Waste Management. - 2021. - P. 197-206.

6. Chen, C. The effect of temperature on the properties of hydrochars obtained by hydrothermal carbonization of waste Camellia oleifera shells / C. Chen, W. Liang, F. Fan, C. Wang // ACS Omega. - 2021. - V. 6(25). - P. 16546-16552.

7. Cheng, C. Hydrothermal carbonization of rape straw: Effect of reaction parameters on hydrochar and migration of AAEMs / C. Cheng, Q. He, T.M. Ismail, A. Mosqueda, L. Ding, J. Yu, G. Yu // Chemosphere. - 2022. - V. 1(291). - P. 132785.

8. Modugno, P. Influence of reaction conditions on hydrothermal carbonization of fructose / P. Modugno, M.M. Titirici // ChemSusChem. - 2021. - V. 14( 23). - P. 5271-5282.

9. Крысанова, К.О. Применение гидротермальной карбонизации для улучшения энергетических свойств торфа / К. О. Крысанова, А. Ю. Крылова, В. М. Зайченко // Химия твердого топлива. - 2021. - Т. 2. - С. 6066.

10. Муратова, Н.С. Гидротермальная карбонизация биоотходов в кипящем слое в среде перегретого водяного пара: специальность 05.17.08 -«Процессы и аппараты химических технологий»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Муратова Наталья Сергеевна, 2021. - 209 с.

11. Ibrahim, B. Investigation of applicability of wetland biomass for producing biochar by hydrothermal carbonization (HTC) / B. Ibrahim, Schlegel M., N. Kanswohl // Appl Agric Forestry Res. - 2014. - V. 64. - P.119-124.

12. Nizamuddin, S. An overview of effect of process parameters on hydrothermal carbonization of biomass / S. Nizamuddin, H.A. Baloch, G.J. Griffin, and et al. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2017. - V. 73. - P.1289-1299.

13. Xu, Q. Hydrothermal carbonization of macroalgae and the effects of experimental parameters on the properties of hydrochars / Q. Xu, Q. Qian, A. Quek, N. Ai, G. Zeng, J. Wang // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. -2013. - V. 1( 9). - P. 1092-101.

14. Zhang, W. An overview of the recent advances in functionalization biomass adsorbents for toxic metals removal / W. Zhang, H. Duo, S. Li, Y. An, Z. Chen, Z. Liu, Y. Ren, S. Wang, X. Zhang, X. Wang // Colloid Interface Sci. - 2020. - V. 38. - P.100308.

15. Antero, R.V.P. Challenges and alternatives for the adequacy of hydrothermal carbonization of lignocellulosic biomass in cleaner production systems: A review / R.V.P. Antero, A.C.F. Alves, S.B. de Oliveira, S.A. Ojala, S.S. Brum // Journal of Cleaner Production. - 2020. - V. 252. - P. 119899.

16. Funke, A. Hydrothermal carbonization of biomass: a summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering. Biofuels, Bioprod / A. Funke, F. Ziegler // Biorefining. - 2010. - V. 4. - P. 160-177.

17. Lu, X. Bioresource Technology Influence of process water quality on hydrothermal carbonization of cellulose / X. Lu, J. R.V. Flora, N.D. Berge // Bioresource Technology - 2014. - V. 154. - P. 229-239.

18. Wüst, D. Understanding the influence of biomass particle size and reaction medium on the formation pathways of hydrochar / D. Wüst, C.R. Correa, D. Jung, M. Zimmermann, A. Kruse, L. Fiori // Biomass Conversion and Biorefinery. - 2020. - V. 10(4). - P. 1357-1380.

19. Tumuluru, J.S. Biomass preprocessing and pretreatments for production of biofuels: mechanical, chemical and thermal methods / J.S. Tumuluru: CRC Press. - 2018. - 470 p.

20. Martinez, C.L. Hydrothermal carbonization of lignocellulosic agro-forest based biomass residues / C.L. Martinez, E. Sermyagina, J. Saari, M.S. de Jesus, M. Cardoso, G.M. de Almeida, E. Vakkilainen // Biomass and Bioenergy. - 2021. - V. 147. - P.106004.

21. Aliyu, M. Improvement of the fuel properties of dairy manure by increasing the biomass-to-water ratio in hydrothermal carbonization / M. Aliyu, K. Iwabuchi, T. Itoh // PLoS One. - 2022. - V. 17(7). - P. 0269935.

22. Puccini, M. Activated carbon from hydrochar produced by hydrothermal carbonization of wastes / M. Puccini, E. Stefanelli, M. Hiltz, M. Seggiani, S. Vitolo // Chemical Engineering Transactions. - 2017. - V.57. - P. 169-174.

23. Lamlom, S.H. A reassessment of carbon content in wood: variation within and between 41 North American species / S.H. Lamlom, R.A. Savidge // Biomass and Bioenergy. - 2003. - V. 25(4). - P. 381-388.

24. Hunt, A.J. High-performance materials from bio-based feedstocks/ A.J. Hunt, N. Supanchaiyamat, K. Jetsrisuparb, J.T.N. Knijnenburg. - M.: John Wiley & Sons. - 2022. - 432 p.

25. José-Vicente, O.V. Analysis of durability and dimensional stability of hydrothermal carbonized wooden pellets / O.V. José-Vicente, G.A. Enrique, G.G. Patricia // Wood Res. - 2016. - V. 61. - P. 321-330.

26. Mujtaba, M. Lignocellulosic biomass from agricultural waste to the circular economy: A review with focus on biofuels, biocomposites and bioplastics / M. Mujtaba, L. Fraceto, M. Fazeli, S. Mukherjee, S.M. Savassa, G.A.Medeiros, A.S Pereira, S.D. Mancini, J. Lipponen, F. Vilaplana // Journal of Cleaner Production. - 2023. - V. 402. - P. 136815.

27. Gupta, V.G. Bioenergy research: advances and applications. 1st Ed. /

V.G. Gupta, M. Tuohy, C.P. Kubicek, J. Saddler, F. Xu — Elsevier, 2014. 495 p.

28. Sharma, R.A comprehensive review on hydrothermal carbonization of biomass and its applications / R. Sharma, K. Jasrotia, N. Singh, P. Ghosh, S. Srivastava, N.R. Sharma, J. Singh, R. Kanwar, A. Kumar // Chemistry Africa. -2020. - V.3. - P. 1-9.

29. Park, J.B., Nutrient removal in wastewater treatment high-rate algal ponds with carbon dioxide addition / J.B. Park, R.J. Craggs // Water Science and Technology. - 2011. - V. 63(8). - P.1758-1764.

30. Raja, W. Agricultural waste management by hydrothermal carbonization / W. Raja, U. Ali, A. Gupta, P. Kumar // IARS'International Research Journal. - 2022. - V. 12( 2). - P. 1-5.

31. Undin, T. Characterization of molecular adsorption using liquid chromatography and mass spectrometry [Электронный ресурс]. - URL: http: //diva-portal. org/smash/get/diva2:801638/FULLTEXT01 (дата обращения: 14.05.2025)

32. Buapeth, P. Carbon adsorbents from sugarcane bagasse prepared through hydrothermal carbonization for adsorption of methylene blue: Effect of heat treatment on adsorption efficiency / P. Buapeth, W. Watcharin, D. Dechtrirat, L. Chuenchom // InIOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2019. - V. 515. - 012003.

33. Prasannamedha, G. Enhanced adsorptive removal of sulfamethoxazole from water using biochar derived from hydrothermal carbonization of sugarcane bagasse / G. Prasannamedha, P.S. Kumar, R. Mehala, T.J. Sharumitha, D. Surendhar // Journal of Hazardous Materials. - 2021. - V. 407. - 124825.

34. Zhou, F. Efficient removal of methylene blue by activated hydrochar prepared by hydrothermal carbonization and NaOH activation of sugarcane bagasse and phosphoric acid / F. Zhou, K. Li, F. Hang, Z. Zhang, P. Chen, L. Wei, C. Xie // RSC Advances. - 2022. - V.12(3). - P. 1885-1896.

35. Baysal, M. Preparation of high surface area activated carbon from waste-biomass of sunflower piths: Kinetics and equilibrium studies on the dye removal / M. Baysal, K. Bilge, B. Yilmaz, M. Papila and Y. Yürüm // Journal of Environmental Chemical Engineering. - 2018. - V. 6(2). - P. 1702-1713.

36. Nguyen, T.B. Hydrothermal and pyrolytic conversion of sunflower seed husk into novel porous biochar for efficient adsorption of tetracycline / T.B. Nguyen, T.T. Nguyen, W.H. Chen, C.W. Chen, X.T. Bui, A.K. Patel, C.D. Dong// Bioresource Technology. - 2023. - V. 373. - 128711.

37. Burbano, A.A. Characteristics and use of magnetic biochar nanocomposites as sorbents / A.A. Burbano, G. Gascó, F. Horst V. Lassalle, A. Méndez // Biomass and Bioenergy. - 2023. - V. 172. - 106772.

38. Tran, T.H. A sustainable, low-cost carbonaceous hydrochar adsorbent for methylene blue adsorption derived from corncobs / T.H. Tran, A.H. Le, T.H. Pham, L.D. Duong, X.C. Nguyen, A.K. Nadda, S.W. Chang, W.J. Chung, D.D. Nguyen, D.T. Nguyen // Environmental Research. - 2022. - V.212. - 113178.

39. Shi, Y. The improving of Cd2+ adsorption performance of hydrochar obtained from corn straw waste with KOH activation / Y. Shi, H. Li, Y. Rong, L. Bai, M. Chi, X. Xu, C. Li, H. Bai, Y. Liu // Water, Air, & Soil Pollution. - 2022. - V. 233(12). - P. 502.

40. Li, H. Low temperature one-pot hydrothermal carbonization of corn straw into hydrochar for adsorbing cadmium (II) in wastewater / H. Li, Y. Shi, L. Bai, M. Chi , X. Xu, Y. Liu // Energies. - 2021. - V. 14(24). - P. 1-15.

41. Phan, K.A. Preparation of rice husk hydrochar as an atrazine adsorbent: optimization, characterization, and adsorption mechanisms / K.A. Phan, D. Phihusut, N. Tuntiwiwattanapun // Journal of Environmental Chemical Engineering. - 2022. - V.10(3). - 107575.

42. Li, Y. Rice husk hydrochars from metal chloride-assisted hydrothermal carbonization as biosorbents of organics from aqueous solution / Y. Li, F.M. Hagos, R. Chen, H. Qian, C. Mo, J. Di, X. Gai, R. Yang, G. Pan, S. Shan // Bioresources and Bioprocessing. - 2021. - V. 8(1). - P. 1-15.

43. Liu, Y. Magnetic activated carbon prepared from rice straw-derived hydrochar for triclosan removal / Y. Liu, X. Zhu, F. Qian, S. Zhang, J. Chen // RSC Advances. - 2014. - V. 4(109). - P. 63620-63626.

44. Krishna Murthy, T. P. Magnetic modification of coffee husk hydrochar for adsorptive removal of methylene blue: Isotherms, kinetics and thermodynamic studies / K. Murthy, B.S. Gowrishankar, R. Hari Krishna, M.N. Chandraprabha, B.B. Mathew // Environmental Chemistry and Ecotoxicology. -2020. - V. 2. - P. 205-212.

45. Ronix, A. Hydrothermal carbonization of coffee husk: Optimization of experimental parameters and adsorption of methylene blue dye / A. Ronix, O. Pezoti, L.S. Souza, I.F. Souza, K.C. Bedin, P.C. Souza, T.L. Silva, S.R. Melo, A.L. Cazetta, V.C. Almeida // Journal of Environmental Chemical Engineering. - 2017. - V. 5(5). - P. 4841-4849.

46. Santana, M.S. Inorganic, and adsorptive properties of hydrochars obtained by hydrothermal carbonization of coffee waste / M. S. Santana, R.P. Alves, L.S. Santana, M.A. Gonfalves, M.C. Guerreiro // Journal of Environmental Management. - 2022. - V. 302. - 114021.

47. Islam, M.A. Mesoporous activated coconut shell-derived hydrochar prepared via hydrothermal carbonization-NaOH activation for methylene blue adsorption / M.A. Islam, M.J. Ahmed, W.A. Khanday, M. Asif, B.H. Hameed // Journal of Environmental Management. - 2017. - V. 203. - P.237-244.

48. Abdullah, M.S.L. Turning coconut residue into hydrochar using hydrothermal carbonization / M.S.L. Abdullah and N.A. Hamid // In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2021. - V. 1192(1). -012033.

49. Peaches and nectarines: global growth in production slowing while exports plateau [Электронный ресурс]. - URL: https://fas.usda.gov/data/peaches-and-nectarines-global-growth-production-slowing-while-exports-plateau (дата обращения: 14.05.2025)

50. Bian, Y. Simultaneous removal capacity and selectivity of Cd(II) and Ni(II) by KMnO4 modified coconut shell and peach kernel biochars / Y. Bian, F. Zhang, Q. Liu, X. Mo, T. Xu, W. Yi, Y. Xu, S. Bai, L. Liu // Journal of Water Process Engineering. - 2024. - V. 65. - P. 2214-7144.

51. Huang, B. Multivalent iron-based magnetic porous biochar from peach gum polysaccharide as a heterogeneous Fenton catalyst for degradation of dye pollutants / B. Huang, C. Yang, H. Zeng, L. Zhoub //International Journal of Biological Macromolecules. - 2023. - V. 253. - 126753.

52. Lopicic, Z. Removal of diesel pollution by biochar - support in water remediation / Z. Lopicic, J. Avdalovic, J. Milojkovic, A. Antanaskovic, M. Ljesevic, N. Lugonja, T. Sostaric // Chemical Industry. - 2021. - V. 75(6). - P. 329-339.

53. Antanaskovic, A. Peach stone biochar as efficient adsorbent for Cd(II) removal from aqueous phase/ A. Antanaskovic, Z. Lopicic, J. Milojkovic, I. Anastopoulos, D. Randelovic, V. Adamovic, T. Sostaric // Proceeding of the 7th International Congress "Engineering, Environment and Materials in Process Industry. - 2021. - P. 276-283.

54. Antanaskovic, A. Thermochemical conversion of non-edible fruit waste for dye removal from wastewater/ A. Antanaskovic, Z. Lopicic, E. Pehlivan, V. Adamovic, T. Sostaric, J. Milojkovic, M. Milivojevic // Biomass Conv. Bioref. - 2024. - V. 14(16). - P. 18649-18665.

55. Tabassum, M. NaOH-activated betel nut husk hydrochar for efficient adsorption of methylene blue dye / M. Tabassum, M. Bardhan, T.M. Novera, M.A. Islam, J.A. Hadi, M.A. Islam // Water, Air, & Soil Pollution. - 2020. - V. 231 (8). - P.1-13.

56. Prapin, T. Development of activated carbons from sunflower seed husk for metal adsorption / T. Prapin, P. Chantaraporn // Journal of Chemical Engineering of Japan. - 2007. -V. 40. - P 222-227.

57. Gundogdu, A. Adsorption of phenol from aqueous solution on a low-cost activated carbon produced from tea industry waste: equilibrium, kinetic, and thermodynamic study / A. Gundogdu, C. Duran, H.B. Senturk, M. Soylak, D. Ozdes, H. Serencam, M. Imamoglu // Journal of Chemical & Engineering Data. -2012. - V. 57(10). - P. 2733-2743.

58. Lalhruaitluanga, H. Lead (II) adsorption from aqueous solutions by raw and activated charcoals of Melocanna baccifera Roxburgh (bamboo)—a comparative study / H. Lalhruaitluanga, K. Jayaram, M.N.V. Prasad, K.K. Kumar // Journal of Hazardous Materials. - 2010. - V. 175(1-3). - P. 311-318.

59. Shekinah, P. Adsorption of lead (II) from aqueous solution by activated carbon prepared from Eichhornia / P. Shekinah, K. Kadirvelu, P. Kanmani, P. Senthilkumar, V. Subburam // Journal of Chemical Technology & Biotechnology. - 2002. - V. 77(4). - P. 458-464.

60. Manzoor, Q. Efficiency of immobilized Zea mays biomass for the adsorption of chromium from simulated media and tannery wastewater / Q. Manzoor, A. Sajid, T. Hussain, M. Iqbal, M. Abbas, J. Nisar // Journal of Materials Research and Technology. - 2019. - V.8(1). - P. 75-86.

61. AL-Othman, Z.A. Hexavalent chromium removal from aqueous medium by activated carbon prepared from peanut shell: Adsorption kinetics / Z.A. AL-Othman, R. Ali, M. Naushad // Equilibrium and Thermodynamic Studies. - 2012. - V. 184. - P. 238-247.

62. Owalude, S.O. Removal of hexavalent chromium from aqueous solutions by adsorption on modified groundnut hull / S.O. Owalude, A.C. Tella //

Beni-Suef University Journal of Basic and Applied Sciences. - 2016. - V. 5(4). -P. 377-388.

63. Krishnan, K.A. Evaluation of adsorption properties of sulphurised activated carbon for the effective and economically viable removal of Zn (II) from aqueous solutions / K.A. Krishnan, K.G. Sreejalekshmi, V. Vimexen, V. V. Dev // Ecotoxicology and Environmental Safety. - 2016. - V. 124. - P. 418-425.

64. Rao, M.M. Activated carbon from Ceiba pentandra hulls, an agricultural waste, as an adsorbent in the removal of lead and zinc from aqueous solutions / M.M. Rao, G.C. Rao, K. Seshaiah, N.V. Choudary, M.C. Wang // Waste Management. - 2008. - V. 28(5). - P. 849-858.

65. Tuomikoski, S. Zinc adsorption by activated carbon prepared from lignocellulosic waste biomass / S. Tuomikoski, R. Kupila, H. Romar, D. Bergna, T. Kangas, H. Runtti, U. Lassi // Applied Sciences. - 2019. - V. 9(21). - P. 4583.

66. Wang, F.Y. Adsorption of cadmium (II) ions from aqueous solution by a new low-cost adsorbent—Bamboo charcoal / F.Y. Wang, H. Wang and J.W. Ma // Journal of Hazardous Materials. - 2010. - V. 177(1-3). - P. 300-306.

67. Manfrin, J. Effective Cd2+ removal from water using novel micro-mesoporous activated carbons obtained from tobacco: CCD approach, optimization, kinetic, and isotherm studies / J. Manfrin, A.C. Goncalves Junior, D. Schwantes, J. Zimmermann, E. Conradi Junior // Journal of Environmental Health Science and Engineering. - 2021. - V. 19. - P. 1851-1874.

68. Pap, S. Utilization of fruit processing industry waste as green activated carbon for the treatment of heavy metals and chlorophenols contaminated water / S. Pap, T.S. Knudsen, J. Radonic, S. Maletic, S.M. Igic, M.T. Sekulic // Journal of Cleaner Production. - 2017. - V. 162. - P. 958-972.

69. Kumar, G. Removal of Fe3+ Ions from Wastewater by Activated Borassus flabellifer Male Flower Charcoal / G. Kumar, N.T. Tonu, P.K. Dhar, and M. Mahiuddin // Pollution. - 2021. - V. 7(3). - P. 693-707.

70. Syed, A. An investigation of the adsorption capacity of carbon particle for the removal of Fe3+ ion from water / A. Syed, G. Kumar, N.T. Tonu, S. Chakrabarty, M. Mahiuddin, K. Hoque // International Journal of Chemical Studies. - 2020. - V. 8(2). - P. 55-61.

71. Guo, Y. Strontium ion removal from artificial seawater using a combination of adsorption with biochar and precipitation by blowing CO2 nanobubble with neutralization / Y. Guo, N.T. Hong Nhung, X. Dai, C. He, Y. Wang, Y. Wei, T. Fujita // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. -2022. - V. 10. - 819407.

72. Alatabe, M.J. Adsorption of copper (II) ions from aqueous solution onto activated carbon prepared from cane papyrus / M.J. Alatabe // Pollution. - 2018. - v. 4(4). - P. 649-662.

73. Campos, N.F. Competitive adsorption between Cu2+ and Ni2+ on corn cob activated carbon and the difference of thermal effects on mono and bicomponent systems / N.F. Campos, G.A. Guedes, L.P. Oliveira, B.M. Gama, D.C. Sales, J.M. Rodriguez-Diaz, C.M. Barbosa, M.M. Duarte // Journal of Environmental Chemical Engineering. - 2020. - V. 8(5). - 104232.

74. Ali, M.M.S. Removal of Cs+, Sr2+ and Co2+ by activated charcoal modified with Prussian blue nanoparticle (PBNP) from aqueous media: kinetics and equilibrium studies / M.M S. Ali, N.M. Sami, A.A. El-Sayed // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. - 2020. - V. 324. - P. 189-201.

75. Thuong, N.T. Removal of Ni2+ from aqueous solution by adsorption onto tea waste-derived activated carbon / N.T. Thuong, D.T.T. Tam, T.D. Nguyen, T. Van Thuan // Journal of Science and Technology. - 2016. - V. 54(4B). - P. 251-259.

76. Mathangi, J. Study of mathematical models for the removal of Ni2+ from aqueous solutions using Citrullus lanatus rind, an agro-based waste / J. Mathangi, M.H. Kalavathy // Water and Environment Journal. - 2019. - V. 33(2). - P. 276-291.

77. Al-Yaari, M. Mercury removal from water using a novel composite of polyacrylate-modified carbon / M. Al-Yaari and T.A. Saleh // ACS Omega. -2022. - V. 7(17). - P.14820-14831.

78. Bernard, E. Heavy metals removal from industrial wastewater by activated carbon prepared from coconut shell / E. Bernard, A. Jimoh, J. Odigure // Res J Chem. - 2013. -V. 3(8). - P. 3-9.

79. Liu, Z. Adsorption of Hg(II) in an aqueous solution by activated carbon prepared from rice husk using KOH activation / Z. Liu, Y. Sun, X. Xu, J. Qu, B. Qu // ACS Omega. - 2020. - V. 5(45). - P. 29231-29242.

80. Alves, A.C.F. Activated carbon produced from waste coffee grounds for an effective removal of bisphenol-A in aqueous medium / A.C.F. Alves, R.V.P. Antero, S.B. de Oliveira, S.A. Ojala, P.S. Scalize // Environmental Science and Pollution Research. - 2019. - V. 26. - P. 24850-24862.

81. Prabawati, S.Y. Activated charcoal from coffee dregs waste as an alternative biosorbent of Cu (II) and Ag (I) / S.Y. Prabawati, P.D. Widiakongko, M.A. Taqwim // Indonesian Journal of Chemistry. - 2023. - V. 23(4). - P. 11201128.

82. Demirba§, E. Adsorption of cobalt (II) ions from aqueous solution onto activated carbon prepared from hazelnut shells / E. Demirba§ // Adsorption Science & Technology. - 2003. - V. 10. - P. 951-963.

83. Belcaid, A. Efficient removal of Cr (VI) and Co (II) from aqueous solution by activated carbon from Manihot esculenta Crantz agricultural bio-waste / A. Belcaid, B.H. Beakou, K. El Hassani, S. Bouhsina, A. Anouar // Water Science and Technology. - 2021. - V. 83(3). - P. 556-566.

84. Kumar, S.S. Removal of arsenic by adsorption using activated carbon derived from zea mays: linear and nonlinear regression models approach for adsorption capacity of activated charcoal for arsenic (III) ions / S.S. Kumar, M. Challa, M.K. Panchangam, D. Raghav // Asian Journal of Chemistry. - 2023. -V.35(11). - P. 2759-2766.

85. Wang, J. Study on the application of shell-activated carbon for the adsorption of dyes and antibiotics / J. Wang, R. Wang, J. Ma, Y. Sun // Water. -2022. - V. 14(22). - P. 3752.

86. Adeyemi, A.F. Evaluation of the efficiency of ZnCl2 activated cocoa pod husk charcoal on the removal of Cu2+, Cd2+, and Pb2+ ions from aqueous solution / A.F. Adeyemi, L.O. Olasunkanmi // Journal of Dispersion Science and Technology. - 2023. - V. 44(10). - P. 1900-1909.

87. Mubarak, N.M. Adsorption and kinetic study on Mg2+ removal from waste water using rice husk based magnetic biochar / N.M. Mubarak, S. Shapnathayammal, T. Suchithra, J.N. Sahu, E.C. Abdullah, N.S. Jayakumar, N. Sabzoi, // Research & Reviews: Journal of Pure and Applied Physics. - 2016. -V. 4(2). - P.102-111.

88. Mengistie, A.A. Adsorption of Mn (II) ions from wastewater using activated carbon obtained from birbira (Militia ferruginea) leaves / A.A. Mengistie, T.S. Rao, A.P. Rao // Global Journal of Science Frontier Research Chemistry. - 2012. - V. 12(1). - P. 5-12.

89. Kutahyali, C. Selective adsorption of uranium from aqueous solutions using activated carbon prepared from charcoal by chemical activation / C. Kutahyali and M. Eral // Separation and Purification Technology. - 2004. - V. 40(2). - P. 109-114.

90. Burakov, A. Removal of heavy-metal ions from aqueous solutions using activated carbons: effect of adsorbent surface modification with carbon nanotubes/ A. Burakov, I. Romantsova, A. Kucherova, A. Tkachev // Adsorption Science & Technology. - 2014. - V. 32. - P. 737-747.

91. Memetova, A.E. Effective adsorption of toluene and benzene on coconut activated carbon modified with carbon nanotubes: kinetics, isotherms and thermodynamics/ A.E. Memetova, I.V. Burakova, A.E. Burakov, N.R. Memetov, A.G. Tkachev // Adsorption. - 2023. - V. 29. - P.335-349.

92. Inyang, M. Sorption and cosorption of lead and sulfapyridine on carbon nanotube-modified biochars / M. Inyang, B. Gao, A. Zimmerman, Y.

Zhou, X. Cao, // Environmental Science and Pollution Research. - 2015. - V. 22. - P. 1868-1876.

93. Osman, A.I. Production and characterisation of activated carbon and carbon nanotubes from potato peel waste and their application in heavy metal removal / A.I. Osman, J. Blewitt, J.K. Abu-Dahrieh, C. Farrell, A.A.H. Al-Muhtaseb, J. Harrison, D.W. Rooney // Environmental Science and Pollution Research. - 2019. - V. 26(36) - P. 37228-37241.

94. Grigelmo-Miguel, N. Characterisation of peach dietary fibre concentrate as a food ingredient / N. Grigelmo-Miguel, S. Gorinstein, O. Martin-Belloso // Food chemistry. - 1999. - V. 65 - P. 175-81.

95. Augusto, P.E. Influence of fibre addition on the rheological properties of peach juice / P.E. Augusto, V. Falguera, M. Cristianini, A. Ibarz // International Journal of Food Science & Technology. - 2011. - V. 46(5) - P. 1086-1092.

96. Весы лабораторные CAS CUW-4200H [Электронный ресурс]. -URL: https://cas-russia.ru/katalog-tovarov/laboratornye-vesy/vesy-laboratornye-cas-cuw-4200h.html (дата обращения: 14.05.2025)

97. ООО НПП НИРА - Производство вакуумных насосов и компрессоров [Электронный ресурс]. - URL: http://www.nira.ru (дата обращения: 14.05.2025)

98. ULAB. Лабораторное оборудование [Электронный ресурс]. - URL: https://ulabrus.ru/ (дата обращения: 14.05.2025)

99. High pressure laboratory autoclaves and stirred reactors. NANO-MAG. Nano-Mag Technologies Pvt. Ltd. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.nanomagtech.com/high-pressure-reactors-autoclaves (дата обращения: 14.05.2025)

100. НПП Теплоприбор [Электронный ресурс]. - URL: https://snol-term.ru/products/laboratornyie-pechi-snol/mufelnyie-elektropechi-s-kameroi-iz-termovolokna/snol-8,2-1100/ (дата обращения: 14.05.2025)

101. BioSan. Medical-Biological Research & Technologies [Электронный ресурс]. - URL: https: //biosan. lv/ru/ (дата обращения: 14.05.2025)

102. Экросхим [Электронный ресурс]. - URL: https://ecohim.ru (дата обращения: 14.05.2025)

103. Daihan Scientific [Электронный ресурс]. - URL: http://www.daihan-ltd.ru (дата обращения: 14.05.2025)

104. Ho, Y.S. Citation review of Lagergren kinetic rate equation on adsorption reactions / Y.S. Ho // Scientometrics. - 2004. - V. 59(1). - P. 171177.

105. Ho, Y.S. Sorption of dye from aqueous solution by peat / Y.S. Ho, G. McKay // Chemical Engineering Journal. - 1998. - V. 70(2). - P. 115-124.

106. Ho, Y.S. Second-order kinetic model for the sorption of cadmium onto tree fern: a comparison of linear and non-linear methods / Y.S. Ho // Water Research. - 2006. - V. 40(1). - P. 119-125.

107. Azizian, S. Comments on "Biosorption isotherms, kinetics and thermodynamics" review / S. Azizian // Separation and Purification Technology.

- 2008. - V. 63(2). - P. 249-250.

108. Liu, Y. From Langmuir kinetics to first- and second-order rate equations for adsorption / Y. Liu, L. Shen // Langmuir. - 2008. - Vol. 24(20). -P. 11625-11630.

109. Plazinski, W. Modeling of sorption kinetics: the pseudo-second order equation and the sorbate intraparticle diffusivity / W. Plazinski, J. Dziuba, W. Rudzinski // Adsorption. - 2013. - V. 19(5). - P. 1055-1064.

110. Aksakal, O. Equilibrium, kinetic and thermodynamic studies of the biosorption of textile dye (Reactive Red 195) onto Pinus sylvestris L. / O. Aksakal, H. Ucun // Journal of Hazardous Materials. - 2010. - V. 181(1-3). - P. 666-672.

111. Boyd, G.E. Kinetics of ionic exchange adsorption processes / G.E. Boyd, A.W. Adamson, L. S. Myres // Journal of the American Chemical Society.

- 1947. - V. 69(11). - P. 2836-2848.

112. Pandey, K.K. Mixed adsorbent for Cu(II) removal from aqueous solutions / K.K. Pandey, G. Prasad, V.N. Singh // Environmental Technology Letters. - 1986. - Vol. 7( 11). - P. 547-554.

113. Tsibranska, I. Comparison of different kinetic models for adsorption of heavy metals onto activated carbon from apricot stones / I. Tsibranska, E. Hristova // Bulgarian Chemical Communications. - 2011. - V. 43(3). - P. 370377.

114. Viegas, R.M.C. How do the HSDM and Boyd's model compare for estimating intraparticle diffusion coefficients in adsorption processes / R.M.C. Viegas, M. Campinas, H. Costa, M.J. Rosa // Adsorption. - 2014. - V. 20(5-6). -P. 737-746.

115. Кадум, А.Х.К. Гидротермальный синтез нанопористого активированного угля из персикового жмыха для удаления фенолов из водных сред / А.Х.К. Кадум, Д.А. Бадин, И.В. Буракова, А.Е. Бураков, Т.С. Кузнецова, А.Н. Тимиргалиев, Т.П. Дьячкова, А.Г. Ткачев // Жидкие кристаллы и их практическое использование. - 2025. - Т. 25, № 2. - С. 6069.

116. Кадум, А.Х.К. Влияние температуры карбонизации на физико-химические и сорбционные свойства углей из растительной биомассы для удаления красителей из растворов / А.Х. Кадум, Д.А. Бадин, С.О. Рыбакова И.В. Буракова, А.Е. Бураков, Т П. Дьячкова, А.Г. Ткачев // Перспективные материалы. - 2025. - № 5. - С. 55-66.

117. Jaafar, E. Study on morphological, optical and electrical properties of graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO) / E. Jaafar, M. Kashif, S. K. Sahari, Z. Ngaini // Materials Science Forum. - 2018. - V. 917. - P. 112116.

118. Cançado, L.G. Science and metrology of defects in graphene using Raman spectroscopy / L.G. Cançado, V.P. Monken, J.L.E. Campos, J.C.C. Santos, C. Backes, H. Chacham, B.R.A. Neves, A. Jorio // Carbon. - 2024. - V. 220. - P. 118801.

119. Dyachkova, T.P. Characteristics of epoxy composites containing carbon nanotubes/graphene mixtures / T.P. Dyachkova, Y.A. Khan, E.A. Burakova, E.V. Galunin, G.N. Shigabaeva, D.N. Stolbov, G.A. Titov, N.A. Chapaksov, A.G. Tkachev // Polymers. - 2023. - V. 15(6). - P. 1476.

120. Yargif, A.§. The soft template-assisted foaming technique's impact on biopitch-based porous carbon foam features / A.§. Yargif, G.G. Merif, N. Ozbay // Industrial Crops and Products. - 2025. - V. 224. - P. 120320.

121. Zhang, Y. Influence of calcination and acidification on structural characterization of Anyang anthracites / Y. Zhang, X. Kang, J. Tan, R. L. Frost // Energy & Fuels. - 2013. - V. 27, No. 12. - P. 7191-7197.

122. Memetova, A. High-density nanoporous carbon materials as storage material for methane: a value-added solution / A. Memetova, I. Memetov, A. Tkachev et al. // Chemical Engineering Journal. - 2022. - V. 433, P. 134608.

123. Цыбуля, С.В. Лекции по структурному анализу нанокристаллов: курс лекций / С.В. Цыбуля. - Новосибирск: Новосиб. гос. ун-т., 2012. 151 с.

124. Gao, F. Evolution of macromolecular structure during coal oxidation via FTIR, XRD and Raman / F. Gao, Z. Jia, Z. Cui, Y. Li, H. Jiang // Fuel Processing Technology. - 2024. - V. 262. - P. 108114.

125. Biscoe, J. An X-ray study of carbon black / J. Biscoe, B. E. Warren // Journal of Applied Physics. - 1942. - V. 13(6). - P. 364-371.

126. Кинле, Х. Активные угли и их промышленное применение / Х. Кинле, Э. Бадер. - Ленинград: Химия, 1984. 215 с.

127. Mallet-Ladeira, P. A Raman study to obtain crystallite size of carbon materials: A better alternative to the Tuinstra-Koenig law / P. Mallet-Ladeira, P. Puech, C. Toulouse, M. Cazayous, N. Ratel-Ramond, P. Weisbecker, G.L. Vignoles, M. Monthioux // Carbon. - 2014. - V. 80(1). - P. 629-639.

128. Kadum, A.H.K. Sorption dynamics of organic dyes from aqueous solutions using activated carbon derived from peach modified with carbon nanotubes / A.H.K. Kadum, I.V. Burakova, D.A. Badin, S.O. Rybakova, A.N. Timirgaliev, V.O. Yarkin, T.S. Kuznetsova, T.P. Dyachkova, A.E. Burakov //

Journal of Advanced Materials and Technologies. - 2025. - V. 10(2). - P. 154166.

129. Perumal, R.S. Activated biochar derived from Ricinus communis outer shell: influence of KOH impregnation ratio on physicochemical properties and EMI shielding effectiveness / R.S. Perumal, B. Muralidharan // Results in Engineering. - 2025. - V. 25. - 104362.

130. Kayakool, F.A. Mesoporous carbon derived from lignin sulfonate as a sustainable cathode for high-performance aluminium batteries / F.A. Kayakool, H. Pant, M. Paul, G.S. Dos Reis, G. Manavalan, V.V.S. Srikanth, M. Thyrel, S. Petnikota // Carbon Resources Conversion. - 2025. - V. 8. - 100301.

131. Badin, D.A. Hydrocar based on sunflower meal modified with iron oxide for effective removal of lead ions from aqueous solutions: kinetics / D.A. Badin, A. Burakov, T. Kuznetsova, I. Burakova, O. Ananyeva, T. Dyachkova, V. Yarkin // Inorganic Materials: Applied Research. - 2024. - V. 10. - P. 25-36.

132. Xu, J. Activated carbon coated CNT core-shell nanocomposite for supercapacitor electrode with excellent rate performance at low temperature / J. Xu, X. Wang, X. Zhou, N. Yuan, S. Ge, J. Ding // Electrochimica Acta. - 2019. - V. 301. - P. 478-486.

133. Свешникова, Д. А. Сорбция и электросорбция неорганических компонентов гидроминерального сырья на углеродных материалах: специальность 1.4.4. «Физическая химия»: диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук / Свешникова Джаннет Алексеевна, 2024. - 359 с.

134. Gamboa, D. M. P. Sorption behavior of azo dye Congo red onto activated biochar from haematoxylum campechianum waste: gradient boosting machine learning-assisted bayesian optimization for improved adsorption process / D.M.P. Gamboa, M. Abatal, E. Lima, F.A. Franseschi, C.A. Ucan, R. Tariq, M.A.R. Elias, J. Vargas // International Journal of Molecular Sciences. -2024. - V. 25(9). - 4771.

135. Liu, Z. Efficient removal of Congo red and methylene blue using biochar from Medulla Tetrapanacis modified by potassium carbonate / Z. Liu, J. Zhang, L. Zhang, Y. Guan, H. Ji, Y. Zhang, H. Gao // Bioresource Technology. -2023. - V. 376. - 128912.

136. Wijaya, A. Biochar derived from rice husk as effective adsorbent for the removal Congo Red and Procion Red MX-5B dyes / A. Wijaya, N. Yuliasari// Indonesian Journal of Material Research. - 2023. - V. 1, no. 1.

137. Choudhary, M. Activated biochar derived from Opuntia ficus-indica for the efficient adsorption of malachite green dye, Cu+2 and Ni+2 from water / M. Choudhary, R. Kumar, S. Neogi // Journal of Hazardous Materials. - 2020. -V. 392. - 122441.

138. Mustapha, R. Removal of malachite green dye using oil palm empty fruit bunch as a low-cost adsorbent / R. Mustapha, A. Ali, G. Subramaniam, F. Ayuni, A.A. Zuki, M. Awang, M.H.C. Harun, S. Hamzah // Biointerface Research in Applied Chemistry. - 2021. - V. 11. - P. 14998-15008.

139. Pathy, A. Malachite green removal using algal biochar and its composites with kombucha SCOBY: An integrated biosorption and phycoremediation approach/ A. Pathy, N. Krishnamoorthy, S.X. Chang, B. Paramasivan // Surfaces and Interfaces. - 2022. - V. 30.

ПРИЛОЖЕНИЕ Акт внедрения результатов диссертационной работы

вэдэдЛ á¿jütaJI üljLúJuujüillg ü^JlixoJI ülclíjaJIg ôloIûJI üilqlZuiJlq ûjblli jlnJUI 09Û ôSpîi

QU WAT ALITQAN TRADING AND GENERAL CONTRACTING COMPANY

QUWAT AL ITQAN

^AkJl Лл/I jjLU 1¿Z

4 > Vi « л slAaJju ^j-» jj'üJü Jin-»]! L.VtU ^ jj--'1 A^ill ^pú ^fcl i. juiwl оЦЛ iaJlfc. OLLuJ

jUi ÁjJU. jjLi J-j^iull ^ Ja CjUc. - ,JiL£ Je. fjJS ^ jjLl Jjaj jLfSi.1 ^

^Vjli-ilj 8jMi JTi\ tß i&jl ) j ^»jjLJ. V^Liîl jjjJÜI ¿

^ÄjjüSll »L^jl i^Jju. (4jjj>-Jl »J j,ÂjJjuil j '-^l1'-" j

.Jbiu? - J*jl

^UuäjI Ü4II jj*. рал» Lu 4JJJA.I iljjjU J^lJI gf^iaJ* ^ailt ClLiy. Cil 1 ^jjSl

j ÁjLc. ^ ^WjV1 Ji^1 '(л1 >• n • > Áa.U-j »J^ll ^ ¿i-aÜI)

¡♦Ij-aJI J^uill iè'.r»

Jjj ^,-àii) ^JÁjÜüH cáj ^ (%rí.Г. jiliáJ ( > ^He't-aó-VI ^jjjlà j-ij JL «I J jyilt Я in, ni Л-V jIaLu ^^eL-elíV* ^ j ( *

j£j¡j ÍJUI J jj)

JUC jjblb jUx.

O» j'i-ÏL/yi j iuljJl CileU-вЙJ

л

Компания Куват Аль Иткан (Генеральный подряд, пншевая промышленность н инвестиции в недвижимость)

Дата: 27.02.2025 г. №392

АКТ

Опытно-промышленных испытании наиомоднфнннроваииого активированного биоу продуктов переработки плодов персика для процессов водоподпповки

Результаты диссертационного исследования Кадум Али Хуссейн Кадум - образцы активированного биоугля из продукта переработки плодов персика и углеродных нанотруоок. были испытаны в опытно-промышленных услов.сях на Куват Аль Иткан Компания. Ирак. г. Багдад в «отделе технической водоподготовкн».

Апробация образцов наномоднфнш.рованиого биоугля, проведенная в сравнении с используемым промышленным кокосовым углем (производслю Индия, удельная поверхность ООО-1100 м-.'г). подтвердила положительный эффект в процессе удаления фенолового красного красителя:

1) Сокрашсние (на 30-34%) времени проведения процесса очистки молельного обьема раствора красителя (одинаковый вес образцов).

2) Увеличение сорбцнонный емкости а 7-8 раз по красителю феноловому красному при одинаковых условиях сорбции (вес сорбента, объем и коицекграиия раствора).

Генеральный директор компании Куват Аль Иткан (Генеральный подряд, пищевая промышленность и инвестиции в недвижимость):

Уполномоченный директор Аммар Тахер Эйд (ПОДПИСЬ).

Печать:

Компания Куват Аль Иткан

Генеральный подряд, пищевая промышленность н инвестиции в недвижимость.