Визначення впливу температури карбонізації на пористість та електропровідність активованого вугілля, одержаного з шкаралупи перепелиних яєць

Автор(и)

  • Wenny Maulina Department of Physics, Universitas Jember, Індонезія
  • Diah Wahyu Wardani Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Jember, Індонезія
  • Nutfah Anggiana Putri Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Jember, Індонезія
  • Arry Yuariatun Nurhayati Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Jember, Індонезія
  • Artoto Arkundato Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Jember, Індонезія
  • Ratna Dewi Syarifah Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Jember, Індонезія
  • Dhewa Edikresnha Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Institut Teknologi Bandung, Індонезія

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.313985

Ключові слова:

активоване вугілля, шкаралупа перепелиних яєць, температура карбонізації, структурно-пористі характеристики, електропровідні властивості

Анотація

Метою даного дослідження є оцінка можливості використання шкаралупи перепелиних яєць в якості сировини для виробництва пористого та електропровідного активованого вугілля, приділяючи особливу увагу впливу температури карбонізації. Основна вирішувана проблема полягає в недостатньому використанні відходів з шкаралупи перепелиних яєць, незважаючи на її унікальну мікропористу структуру, а також багатий мінеральний та органічний склад. Ці маловикористовувані відходи, що часто викидаються, дають можливість поєднати стійкі методи з розробкою сучасних матеріалів для адсорбційних і енергетичних застосувань.

Результати показали, що активоване вугілля, одержане за температури карбонізації 400 °C, володіє чудовими властивостями порівняно з більш високими температурами (500 °C та 600 °C), маючи найбільшу площу поверхні та електропровідність. При дослідженні характеристик методом ІЧ Фур'є-спектроскопії були виявлені важливі функціональні групи, такі як O-H, C=O, C=C та CaO, що підтримують формування вуглецевого каркасу й сприяють стабільності та функціональності матеріалу. Рентгенограми підтвердили наявність гексагональної структури вуглецю, що є бажаною властивістю для збереження структурної цілісності в складних умовах експлуатації. За допомогою СЕМ-аналізу виявлено неправильну морфологію, тоді як BET-аналіз показав поєднання мікропор та мезопор. За оптимальних умов карбонізації активоване вугілля, одержане за температури 400 °C, володіє поєднанням структурних і провідних властивостей. Питома площа поверхні становила 296,875 м2/г, що свідчить про відмінну пористість для адсорбційних застосувань. Крім того, матеріал показав електропровідність 1.62×10-2 См/см, що може бути використано для пристроїв зберігання енергії, таких як суперконденсатори та акумулятори. Зниження цих властивостей за більш високих температур карбонізації підкреслює важливість оптимізації параметрів синтезу для досягнення бажаних результатів.

Дані структурні та провідні властивості роблять матеріал придатним для перспективного застосування в області відновлення навколишнього середовища, відновлюваної енергії та утилізації відходів. Перетворення шкаралупи перепелиних яєць у високоцінне активоване вугілля демонструє реальний підхід до скорочення відходів, сприяючи створенню екологічно чистих матеріалів. Дане дослідження доводить можливість ефективного використання шкаралупи перепелиних яєць, що збільшує цінність органічних відходів і підвищує їхню економічну доцільність

Посилання

  1. Priya, D. S., Kennedy, L. J., Anand, G. T. (2023). Effective conversion of waste banana bract into porous carbon electrode for supercapacitor energy storage applications. Results in Surfaces and Interfaces, 10, 100096. https://doi.org/10.1016/j.rsurfi.2023.100096
  2. Yerdauletov, M. S., Nazarov, K., Mukhametuly, B., Yeleuov, M. A., Daulbayev, C., Abdulkarimova, R. et al. (2023). Characterization of Activated Carbon from Rice Husk for Enhanced Energy Storage Devices. Molecules, 28 (15), 5818. https://doi.org/10.3390/molecules28155818
  3. Babalola, B. M., Wilson, L. D. (2024). Valorization of Eggshell as Renewable Materials for Sustainable Biocomposite Adsorbents – An Overview. Journal of Composites Science, 8 (10), 414. https://doi.org/10.3390/jcs8100414
  4. Carvalho, J., Araujo, J., Castro, F. (2011). Alternative Low-cost Adsorbent for Water and Wastewater Decontamination Derived from Eggshell Waste: An Overview. Waste and Biomass Valorization, 2 (2), 157–167. https://doi.org/10.1007/s12649-010-9058-y
  5. Badillo-Camacho, J., Orozco-Guareño, E., Carbajal-Arizaga, G. G., Manríquez-Gonzalez, R., Barcelo-Quintal, I. D., Gomez-Salazar, S. (2020). Cr(VI) adsorption from aqueous streams on eggshell membranes of different birds used as biosorbents. Adsorption Science & Technology, 38 (9-10), 413–434. https://doi.org/10.1177/0263617420956893
  6. Ntuli, V., Hapazari, I. (2013). Sustainable waste management by production of activated carbon from agroforestry residues. South African Journal of Science, 109 (1/2), 6. https://doi.org/10.1590/sajs.2013/1077
  7. Saleem, J., Shahid, U. B., Hijab, M., Mackey, H., McKay, G. (2019). Production and applications of activated carbons as adsorbents from olive stones. Biomass Conversion and Biorefinery, 9 (4), 775–802. https://doi.org/10.1007/s13399-019-00473-7
  8. Mrosso, R., Mecha, A. C., Kiplagat, J. (2024). Carbon dioxide removal using a novel adsorbent derived from calcined eggshell waste for biogas upgrading. South African Journal of Chemical Engineering, 47, 150–158. https://doi.org/10.1016/j.sajce.2023.11.007
  9. Adewale, A. J., Sonibare, J. A., Adeniran, J. A., Fakinle, B. S., Oke, D. O., Lawal, A. R., Akeredolu, F. A. (2024). Removal of carbon monoxide from an ambient environment using chicken eggshell. Next Materials, 2, 100100. https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2023.100100
  10. Shi, Y., Liu, G., Li, M., Wang, L. (2020). Egg shell waste as an activation agent for the manufacture of porous carbon. Chinese Journal of Chemical Engineering, 28 (3), 896–900. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2019.09.014
  11. Aravind, M., Amalanathan, M. (2021). Structural, morphological, and optical properties of country egg shell derived activated carbon for dye removal. Materials Today: Proceedings, 43, 1491–1495. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.09.311
  12. Tizo, M. S., Blanco, L. A. V., Cagas, A. C. Q., Dela Cruz, B. R. B., Encoy, J. C., Gunting, J. V. et al. (2018). Efficiency of calcium carbonate from eggshells as an adsorbent for cadmium removal in aqueous solution. Sustainable Environment Research, 28 (6), 326–332. https://doi.org/10.1016/j.serj.2018.09.002
  13. Gabryelczyk, A., Yadav, S., Swiderska-Mocek, A., Altaee, A., Lota, G. (2023). From waste to energy storage: calcinating and carbonizing chicken eggshells into electrode materials for supercapacitors and lithium-ion batteries. RSC Advances, 13 (34), 24162–24173. https://doi.org/10.1039/d3ra03037g
  14. Balasubramanian, V., Daniel, T., Henry, J., Sivakumar, G., Mohanraj, K. (2019). Electrochemical performances of activated carbon prepared using eggshell waste. SN Applied Sciences, 2 (1). https://doi.org/10.1007/s42452-019-1921-2
  15. Kakom, S. M., Abdelmonem, N. M., Ismail, I. M., Refaat, A. A. (2022). Activated Carbon from Sugarcane Bagasse Pyrolysis for Heavy Metals Adsorption. Sugar Tech, 25 (3), 619–629. https://doi.org/10.1007/s12355-022-01214-3
  16. Maulina, W., Kusumaningtyas, R., Rachmawati, Z., Supriyadi, Arkundato, A., Rohman, L., Purwandari, E. (2019). Carbonization Process of Water Hyacinth as an Alternative Renewable Energy Material for Biomass Cook Stoves Applications. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 239, 012035. https://doi.org/10.1088/1755-1315/239/1/012035
  17. Koli, A., Pattanshetti, A., Mane-Gavade, S., Dhabbe, R., Kamble, R., Garadkar, K., Sabale, S. (2024). Agro-waste management through sustainable production of activated carbon for CO2 capture, dye and heavy metal ion remediation. Waste Management Bulletin, 2 (1), 97–121. https://doi.org/10.1016/j.wmb.2023.12.010
  18. Sylla, N. F., Ndiaye, N. M., Ngom, B. D., Momodu, D., Madito, M. J., Mutuma, B. K., Manyala, N. (2019). Effect of porosity enhancing agents on the electrochemical performance of high-energy ultracapacitor electrodes derived from peanut shell waste. Scientific Reports, 9 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-019-50189-x
  19. Disha, S. A., Sahadat Hossain, Md., Habib, Md. L., Ahmed, S. (2024). Calculation of crystallite sizes of pure and metals doped hydroxyapatite engaging Scherrer method, Halder-Wagner method, Williamson-Hall model, and size-strain plot. Results in Materials, 21, 100496. https://doi.org/10.1016/j.rinma.2023.100496
  20. Barra, A., Ferreira, N. M., Poças, F., Ruiz-Hitzky, E., Nunes, C., Ferreira, P. (2025). Boosting through-plane electrical conductivity: chitosan composite films with carbon-sepiolite and multiwalled carbon nanotubes. Carbon, 231, 119691. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119691
  21. Pant, B., Park, M., Kim, H.-Y., Park, S.-J. (2017). CdS-TiO2 NPs decorated carbonized eggshell membrane for effective removal of organic pollutants: A novel strategy to use a waste material for environmental remediation. Journal of Alloys and Compounds, 699, 73–78. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.12.360
  22. Adinaveen, T., Vijaya, J. J., Kennedy, L. J. (2014). Comparative Study of Electrical Conductivity on Activated Carbons Prepared from Various Cellulose Materials. Arabian Journal for Science and Engineering, 41 (1), 55–65. https://doi.org/10.1007/s13369-014-1516-6
  23. Katesa, J., Junpiromand, S., Tangsathitkulchai, C. (2013). Effect of Carbonization Temperature On Properties of Char And Activated Carbon From Coconut Shell. Suranaree J. Sci. Technol., 20 (4), 269–278. Available at: https://www.thaiscience.info/journals/Article/SJST/10966578.pdf
  24. Adinaveen, T., Kennedy, L. J., Vijaya, J. J., Sekaran, G. (2013). Studies on structural, morphological, electrical and electrochemical properties of activated carbon prepared from sugarcane bagasse. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 19 (5), 1470–1476. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2013.01.010
  25. Ramos, M. E., Bonelli, P. R., Cukierman, A. L. (2008). Physico-chemical and electrical properties of activated carbon cloths. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 324 (1-3), 86–92. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2008.03.034
Визначення впливу температури карбонізації на пористість та електропровідність активованого вугілля, одержаного з шкаралупи перепелиних яєць

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-12-30

Як цитувати

Maulina, W., Wardani, D. W., Putri, N. A., Nurhayati, A. Y., Arkundato, A., Syarifah, R. D., & Edikresnha, D. (2024). Визначення впливу температури карбонізації на пористість та електропровідність активованого вугілля, одержаного з шкаралупи перепелиних яєць. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(6 (132), 38–48. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.313985

Номер

Том 6 № 6 (132) (2024): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Wenny Maulina, Diah Wahyu Wardani, Nutfah Anggiana Putri, Arry Yuariatun Nurhayati, Artoto Arkundato, Ratna Dewi Syarifah, Dhewa Edikresnha

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.