Получение углеродных адсорбентов термохимической активацией соломы рыжика и антоцианов из плодов барбариса и боярышника

OBTAINING CARBON ADSORBENTS BY THERMOCHEMICAL ACTIVATION OF CAMELINA STRAW AND ANTHOCYANINS FROM THE FRUITS OF BARBERRY AND HAWTHORN

Irina Morozkova

Postgraduate, Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Russia, Arkhangelsk

Darya Plakhina

Postgraduate, Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Russia, Arkhangelsk

Аннотация. Потребление соломы российскими хозяйствами в качестве корма, подстилки для животных, теплоизолятора, кровельного материала снизилось, с появлением новых технологий в животноводстве и сельскохозяйственном производстве. Возникает необходимость рационального решения проблемы утилизации растительных отходов. Антоцианы считаются природными соединениями, обладающими в определенных условиях окраской, вследствие чего они представляют интерес как колоранты для пищевой и медицинской индустрии. Обладают высокой антиоксидантной активностью.

Abstract. The consumption of straw by Russian farms as fodder, bedding for animals, heat insulators, roofing material has decreased with the advent of new technologies in animal husbandry and agricultural production. There is a need for a rational solution to the problem of utilization of plant waste. Anthocyanins are considered to be natural compounds with color under certain conditions, which makes them interesting as colorants for the food and medical industries. They are highly antioxidant activity.

Ключевые слова: пиролиз; активный уголь; солома; антоцианы; барбарис; боярышник; рыжик.

Keywords: pyrolysis; activated carbon; straw; anthocyanins; barberry; hawthorn; camelina.

Переработка соломы сельскохозяйственных культур в активные угли, которые с успехом применяются в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства, - одно из возможных направлений использования отходов агропромышленного комплекса (АПК) для получения новых функциональных материалов со специфическими свойствами [1].

Цель настоящей работы – изучение свойств углеродных адсорбентов, полученных термохимической активацией соломы рыжика с гидроксидом натрия и содержание антоцианов из растительного сырья.

При получении активного угля исходный материал подвергали термической обработке без доступа воздуха. Последующей стадией была термохимическая активация угля-сырца гидроксидом натрия. В процессе получения сорбентов в качестве меняющихся параметров были продолжительность активации (τ, мин), температура термохимической активации (Т_тха,^°С), а также дозировка активирующего агента (D, г/г).

У полученных активных углей определяли адсорбционную активность по йоду, метиленовому голубому, парам гексана и воды .

По полученным экспериментальным данным построены поверхности отклика, показывающие влияние параметров термохимической обработки соломы рыжика на адсорбционные свойства и выход АУ (Рисунок 1-2).

Рисунок 1. Влияние режимных параметров на адсорбционные свойства по метиленовому голубому

С повышением продолжительности пиролиза возрастает адсорбционная способность по МГ. Максимальная осветляющая способность АУ наблюдается при продолжительности пиролиза 75 мин.

Рисунок 2. Влияние режимных параметров на выход АУ

Исходя из полученных данных, с повышением дозировки NaOH повышение температуры пиролиза начинает показывать отрицательное влияние. Увеличение продолжительности пиролиза способствует снижению выхода АУ. Имеет место взаимное влияние температуры пиролиза и продолжительности, которое заключается в том, что при уменьшении продолжительности и повышения температуры пиролиза наблюдается повышение выхода угля.

Антоцианы ответственны за окраску листьев и плодов, представляют интерес как пищевые красители. В то же время они имеют перспективы в составе косметических композиций для защиты от неблагоприятных факторов – ультрафиолетового излучения, поражения вирусными инфекциями и т. д.

Содержание суммы антоцианов Х_а в пересчёте на цианидин-3,5-дигликозид к а. с. с., %, вычисляют по формуле [2]:

,

где D – оптическая плотность исследуемого раствора;

453 – удельный показатель поглощения цианидин-3,5-дигликозида в 1%-м растворе соляной кислоты;

m – масса сырья, г;

W – потеря в массе при высушивании сырья, %.

Рисунок 3. Содержание антоцианов в плодах боярышника на а. с. сырьё, сбор 2015-2016 г., в %

В замороженных плодах сбора 2015 г. максимальное количество антоцианов содержат плоды боярышника приречного – 36,5 мг % (Рисунок 3). По результатам исследований в сборе 2016 г. обнаружено, что максимальным содержанием антоцианов отличаются плоды боярышника кроваво-красного и Дугласа (255,4 и 122,8 мг%).

Рисунок 4. Содержание антоцианов в плодах барбариса на а. с. сырьё, сбор 2015-2016 г., в %

Наибольшее содержание антоцианов в плодах сбора 2015 г. барбариса темно-пурпурового – 125,6 мг %, барбариса продолговатого – 108,4 мг %, среди плодов сбора 2016 г. можно выделить барбарис тёмно-пурпуровый (Рисунок 4).

Плоды боярышника и барбариса рекомендуются использовать в лекарственных целях. По содержанию антоцианов в целом плоды соответствуют литературным данным.