Дослідження кінетики екстракційної обробки рисового лушпиння при одержанні силіцій карбіду

Автор(и)

  • Anna Liashenko Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0002-9285-9431
  • Yuri Sknar Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0002-1188-3684
  • Tatyana Hrydnieva Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0002-0214-4636
  • Pavel Riabik Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0002-1804-9051
  • Oksana Demchyshyna Криворізький національний університет вул. Віталія Матусевича, 11, м. Кривий Ріг, Україна, 50027, Україна https://orcid.org/0000-0002-0828-3311
  • Kateryna Plyasovskaya Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара пр. Гагаріна, 72, м. Дніпро, Україна, 49010, Україна https://orcid.org/0000-0001-9100-8064

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.195881

Ключові слова:

рисове лушпиння, екстракція, целюлоза, силіцій карбід, константа швидкості, енергія активації

Анотація

Силіцій карбід характеризується широким спектром корисних електрофізичних, антикорозійних і міцностних властивостей. В якості сировини для синтезу силіцій карбіду великі перспективи мають відходи рисового виробництва, до складу яких входять сполуки кремнію і карбонвмісних органічних речовин. Дешевизна і доступність такої сировини обумовлюють необхідність розробки технологій отримання з нього силіцій карбіду. Важливим напрямком в технології синтезу силіцій карбіду є отримання продукту високої чистоти. Для видалення домішок з рисового лушпиння необхідне проведення її попередньої екстракційної обробки. Встановлено, що екстракційна обробка рисового лушпиння кислотним розчином забезпечує очистку сировини від сполук металів і надлишкової кількості карбонвмісних компонентів. Для видалення домішок сполук металів і надлишкової кількості карбонвмісних сполук з рисового лушпиння запропонована екстракція водним розчином суміші 10 % сірчаної та 15 % оцтової кислот. Отримано часові залежності ступеня екстракції целюлози з рисового лушпиння. Виділено два часові періоди протікання процесу. Показано, що екстракція целюлози з рисового лушпиння підпорядковується псевдо першому порядку реакції. Розраховані константи швидкості та енергії активації процесу екстракції для двох часових періодів процесу. Енергія активації екстракції в першому періоді становить 10,75 кДж/моль, в другому періоді значення енергії активації становить 26,10 кДж/моль. Встановлено, що збільшення температури екстракції від 20 до 100 °С призводить до підвищення ефективності процесу в два рази. Показано, що силіцій карбід, синтезований з рисового лушпиння після її екстракційної обробки, є чистим кристалічним матеріалом з розміром частинок від 1 до 20 мікрометрів

Біографії авторів

Anna Liashenko, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005

Асистент

Кафедра процесів, апаратів та загальної хімічної технології

Yuri Sknar, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005

Доктор хімічних наук, професор

Кафедра процесів, апаратів та загальної хімічної технології

Tatyana Hrydnieva, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра процесів, апаратів та загальної хімічної технології

Pavel Riabik, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра процесів, апаратів та загальної хімічної технології

Oksana Demchyshyna, Криворізький національний університет вул. Віталія Матусевича, 11, м. Кривий Ріг, Україна, 50027

Кандидат хімічних наук, асистент

Кафедра збагачення корисних копалин і хімії

Kateryna Plyasovskaya, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара пр. Гагаріна, 72, м. Дніпро, Україна, 49010

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра фізичної та неорганічної хімії

Посилання

  1. Neudeck, P. G., Meredith, R. D., Chen, L., Spry, D. J., Nakley, L. M., Hunter, G. W. (2016). Prolonged silicon carbide integrated circuit operation in Venus surface atmospheric conditions. AIP Advances, 6 (12), 125119. doi: https://doi.org/10.1063/1.4973429
  2. Ou, H., Ou, Y., Argyraki, A., Schimmel, S., Kaiser, M., Wellmann, P. et. al. (2014). Advances in wide bandgap SiC for optoelectronics. The European Physical Journal B, 87 (3). doi: https://doi.org/10.1140/epjb/e2014-41100-0
  3. Anisimov, A. N., Simin, D., Soltamov, V. A., Lebedev, S. P., Baranov, P. G., Astakhov, G. V., Dyakonov, V. (2016). Optical thermometry based on level anticrossing in silicon carbide. Scientific Reports, 6 (1). doi: https://doi.org/10.1038/srep33301
  4. Chen, D., Wong, S. P., Yang, S., Mo, D. (2003). Composition, structure and optical properties of SiC buried layer formed by high dose carbon implantation into Si using metal vapor vacuum arc ion source. Thin Solid Films, 426 (1-2), 1–7. doi: https://doi.org/10.1016/s0040-6090(02)01298-1
  5. Tablero, C. (2013). Optoelectronic Application of the 3C-Silicon Carbide with Substitutional VIII-Group Atoms. The Journal of Physical Chemistry C, 117 (42), 21949–21954. doi: https://doi.org/10.1021/jp4074015
  6. Xu, C., Xu, C., Han, F., Zhang, F., Wei, W., Zhong, Z., Xing, W. (2018). Fabrication of high performance macroporous tubular silicon carbide gas filters by extrusion method. Ceramics International, 44 (15), 17792–17799. doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.06.247
  7. D’Elia, R., Bernhart, G., Hijlkema, J., Cutard, T. (2016). Experimental analysis of SiC-based refractory concrete in hybrid rocket nozzles. Acta Astronautica, 126, 168–177. doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.04.034
  8. Saddow, S. E. (2012). Silicon Carbide Biotechnology: A Biocompatible Semiconductor for Advanced Biomedical Devices and Applications. Elsevier, 495. doi: https://doi.org/10.1016/c2010-0-67866-7
  9. Malanchuk, V., Astapenko, E., Chepurnoii, Y., Zhukovtceva, E. (2013). Experimental research into the uses of new composite materials in maxillofacial surgery. Sovremennaya meditsina: Aktual'nye voprosy, 23, 92–102.
  10. Matizamhuka, W. R. (2019). Gas transport mechanisms and the behaviour of impurities in the Acheson furnace for the production of silicon carbide. Heliyon, 5 (4), e01535. doi: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e01535
  11. Makornpan, C., Mongkolkachit, C., Wanakitti, S., Wasanapiarnpong, T. (2014). Fabrication of Silicon Carbide from Rice Husk by Carbothermal-Reduction and In Situ Reaction Bonding Technique. Key Engineering Materials, 608, 235–240. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.608.235
  12. Shariatmadar Tehrani, F., Fakhredin, M., Tafreshi, M. J. (2019). The optical properties of silicon carbide thin films prepared by HWCVD from pure silane and methane under various total gas partial pressure. Materials Research Express, 6 (8), 086469. doi: https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab2843
  13. Ezdin, B. S., Yatsenko, D. A., Kalyada, V. V., Ichshenko, A. B., Zarvin, A. E., Nikiforov, A. A., Snytnikov, P. V. (2020). Pyrolysis of a mixture of monosilane and alkanes in a compression reactor to produce nanodispersed silicon carbide. Chemical Engineering Journal, 381, 122642. doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122642
  14. Silicon Carbide: Synthesis and Properties (2011). InTech. doi: https://doi.org/10.5772/15736
  15. Rodriguez-Lugo, V., Rubio, E., Gomez, I., Torres-Martinez, L., Castano, V. M. (2002). Synthesis of silicon carbide from rice husk. International Journal of Environment and Pollution, 18 (4), 378. doi: https://doi.org/10.1504/ijep.2002.003734
  16. Ahmad, K. (2014). Optimising the Yield of Silicon Carbide Synthesised from Indigenous Biomass Husk using Different Catalysts. Journal of Material Science & Engineering, 03 (03). doi: https://doi.org/10.4172/2169-0022.1000147
  17. Johar, N., Ahmad, I., Dufresne, A. (2012). Extraction, preparation and characterization of cellulose fibres and nanocrystals from rice husk. Industrial Crops and Products, 37 (1), 93–99. doi: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2011.12.016
  18. Rosa, S. M. L., Rehman, N., de Miranda, M. I. G., Nachtigall, S. M. B., Bica, C. I. D. (2012). Chlorine-free extraction of cellulose from rice husk and whisker isolation. Carbohydrate Polymers, 87 (2), 1131–1138. doi: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.08.084
  19. Shukla, S. K., Sagar, Naman, Deepika, Sundaram, Prateeksha et. al. (2015). Extraction of Cellulose Micro Sheets from Rice Husk: A Scalable Chemical Approach. DU Journal of Undergraduate Research and Innovation, 1 (3), 187–194.
  20. Oliveira, J. P. de, Bruni, G. P., Lima, K. O., Halal, S. L. M. E., Rosa, G. S. da, Dias, A. R. G., Zavareze, E. da R. (2017). Cellulose fibers extracted from rice and oat husks and their application in hydrogel. Food Chemistry, 221, 153–160. doi: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.10.048
  21. Kalapathy, U. (2000). A simple method for production of pure silica from rice hull ash. Bioresource Technology, 73 (3), 257–262. doi: https://doi.org/10.1016/s0960-8524(99)00127-3
  22. Nikitin, V. M., Obolenskaya, A. V., Shchegolev, V. P. (1978). Himiya drevesiny i tsellyulozy. Moscow: Lesnaya promyshlennost', 368.
  23. Gridneva, T., Kravchenko, A., Barsky, V., Gurevina, N. (2016). Obtaining of High Purity Amorphous Silicon Dioxide from Rice Husk. Chemistry & Chemical Technology, 10 (4), 499–505. doi: https://doi.org/10.23939/chcht10.04.499

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-02-29

Як цитувати

Liashenko, A., Sknar, Y., Hrydnieva, T., Riabik, P., Demchyshyna, O., & Plyasovskaya, K. (2020). Дослідження кінетики екстракційної обробки рисового лушпиння при одержанні силіцій карбіду. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(6 (103), 25–31. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.195881

Номер

Том 1 № 6 (103) (2020): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Anna Liashenko, Yuri Sknar, Tatyana Hrydnieva, Pavel Riabik, Oksana Demchyshyna, Kateryna Plyasovskaya

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.