Дослідження кінетики екстракційної обробки рисового лушпиння при одержанні силіцій карбіду

Silicon carbide is characterized by a wide range of beneficial electrophysical, anti-corrosion, and strength properties. A promising raw material for the synthesis of silicon carbide is the waste of rice production, which includes compounds of silicon and carbon-containing organic substances. The cheapness and availability of such raw materials necessitate the development of technologies to obtain silicon carbide from it. An important direction in silicon carbide synthesis technology is to obtain a high purity product. To remove impurities from rice husks, it is necessary to carry out its pre-extraction treatment. It has been established that the extraction treatment of rice husks with acid solution makes it possible to clean the raw materials from metal compounds and the excess amount of carbon-containing components. To remove impurities of metal compounds and the excess amount of carbon-containing compounds from rice husks, it has been proposed to perform the extraction with an aqueous solution of the mixture of 10 % sulfur and 15 % acetic acids. We have derived the time dependences of the degree of extraction of cellulose from rice husks. Two temporal sections of the process have been identified. It is shown that the extraction of cellulose from rice husks obeys a pseudo first-order reaction. We have calculated the constants of speed and activation energy in the course of extraction for the two time sections of the process. The activation energy of extraction over a first period is 10.75 kJ/mol; over a second period, the activation energy value is 26.10 kJ/mol. It has been established that an increase in the extraction temperature from 20 to 100 °C leads to a two-fold improvement in the process efficiency. It is shown that silicon carbide, synthesized from rice husk after its extraction treatment, is a pure crystalline material whose particles’ size is from 1 to 20 micrometersКарбид кремния характеризуется широким спектром полезных электрофизических, антикоррозионных и прочностных свойств. В качестве сырья для синтеза карбида кремния большие перспективы имеют отходы рисового производства, в состав которых входят соединения кремния и углеродсодержащих органических веществ. Дешевизна и доступность такого сырья обусловливают необходимость разработки технологий получения из него карбида кремния. Важным направлением в технологии синтеза карбида кремния является получение продукта высокой чистоты. Для удаления примесей из рисовой шелухи необходимо проведение ее предварительной экстракционной обработки. Установлено, что экстракционная обработка рисовой шелухи кислотным раствором обеспечивает очистку сырья от соединенийметаллов и избыточного количества углеродсодержащих компонентов. Для удаления примесей соединений металлов и избыточного количества углеродсодержащих соединений из рисовой шелухи предложена экстракция водным раствором смеси 10 % серной и 15 % уксусной кислот. Получены временные зависимости степени экстракции целлюлозы из рисовой шелухи. Выделены два временных участка протекания процесса. Показано, что экстракция целлюлозы из рисовой шелухи подчиняется псевдо первому порядку реакции. Рассчитаны константы скорости и энергии активации процесса экстракции для двух временных участков процесса. Энергия активации экстракции в первом периоде составляет 10,75 кДж/моль, во втором периоде  значение энергии активации составляет 26,10 кДж/моль. Установлено, что увеличение температуры экстракции от 20 до 100 °С приводит к повышению эффективности процесса в два раза. Показано, что карбид кремния, синтезированный из рисовой шелухи после ее экстракционной обработки, представляет собой чистый кристаллический материал с размером частиц от 1 до 20 микрометровСиліцій 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 мікрометрі

Розробка нового суспензійного електроліту на основі метансульфонової кислоти для електроосадження композитів Cu–TiO2

Electrodeposition of composite coatings based on copper is a promising direction in the creation of advanced materials for multifunctional purposes. An important area of composites application is to use them in the treatment systems for gas emissions and wastewater. It is advisable to use semiconductor oxide materials, in particular titanium dioxide, as the photocatalysts in the photo destruction of organic pollutants of wastewater. The structural features of wastewater treatment equipment require that titanium dioxide particles should be fixed in a rigid matrix. Resolving the task of fixing photosensitive elements at the surface of a certain configuration implies the electrodeposition of coatings by composites, in particular Cu–TiO2. An important factor affecting the functional characteristics of composites and their manufacturing technology is the nature of the electrolyte. It has been shown that the electrodeposition of Cu–TiO2 composites from methane-sulfonate electrolytes makes it possible to reduce the coagulation of the dispersed phase and to obtain coatings with a high content of titanium dioxide from a suspension solution containing no more than 4 g/l of TiO2. It was established that the content of the dispersed phase in the composite made at a current density of 2 A/dm2 and the concentration of titanium dioxide in the electrolyte at the level of 4 g/l is 1.3 % by weight, which is twice as much as when using a sulfate electrolyte. It has been shown that the increase in the content of the dispersed phase in the coatings from 0.1 to 1.3 % by weight is accompanied by an increase in the degree of photo destruction of the colorant from 6 to 15.5 %. The micro-hardness of coatings increases, in this case, by 30 %. The proposed electrolyte to make the Cu–TiO2 composites is an important contribution to the development of the synthesis of wear-resistant high-performance photocatalysts for treating wastewater from organic pollutantsЭлектроосаждение композиционных покрытий на основе меди является перспективным направлением создания новейших материалов полифункционального назначения. Важным направлением применения композитов является использование их в системах очистки газовых выбросов и сточных вод. В качестве фотокатализаторов фотодеструкции органических загрязнителей сточных вод целесообразно использовать полупроводниковые оксидные материалы, в частности титан диоксид. Конструкционные особенности оборудования для очистки сточных вод предполагают фиксацию частиц титан диоксида в жесткой матрице. Решением задачи по фиксации фоточувствительных элементов на поверхности определенной конфигурации является электроосаждение покрытий композитами, в частности Cu–TiO2. Важным фактором, влияющим на функциональные характеристики композитов и технологическое оформление их получения, является природа электролита. Показано, что электроосаждение композитов Cu–TiO2 из метансульфонатных электролитов позволяет уменьшить коагуляцию дисперсной фазы и получить покрытия с высоким содержанием титан диоксида из суспензионного раствора, содержащего не более 4 г/л TiO2. Установлено, что содержание дисперсной фазы в композите, полученном при плотности тока 2 А/дм2 и концентрации титан диоксида в электролите на уровне 4 г/л, составляет 1,3 мас. %, что вдвое больше чем при использовании сульфатного электролита. Показано, что увеличение содержания дисперсной фазы в покрытиях с 0,1 до 1,3 мас. % сопровождается ростом степени фотодеструкции с 6 до 15,5 %. Микротвердить покрытий возрастает при этом на 30%. Разработанный электролит для получения композитов Cu–TiO2 является важным вкладом в развитие синтеза износостойких высокоэффективных фотокатализаторов для очистки сточных вод от органических загрязнителейЕлектроосадження композиційних покривів на основі міді є перспективним напрямком створення новітніх матеріалів поліфункціонального призначення. Важливим напрямком застосування композитів є використання їх у системах очистки газових викидів та стічних вод. В якості фотокаталізаторів фотодеструкції органічних забруднювачів стічних вод доцільно використовувати напівпровідникові оксидні матеріали, зокрема титан діоксид. Конструкційні особливості обладнання для очищення стічних вод потребують фіксації частинок титан діоксиду в жорсткій матриці. Вирішенням задачі з фіксації фоточутливих елементів на поверхні певної конфігурації є електроосадження покривів композитами, зокрема Cu–TiO2. Важливим фактором, що впливає на функціональні характеристики композитів і технологічне оформлення їх одержання є природа електроліту. Показано, що електроосадження композитів Cu–TiO2 із метансульфонатних електролітів дозволяє зменшити коагуляцію дисперсної фази і одержати покриви з високим вмістом титан діоксиду із суспензійного розчину, що містить не більше 4 г/л TiO2. Встановлено, що вміст дисперсної фази в композиті, одержаному при густині струму 2 А/дм2 і концентрації титан діоксиду в електроліті на рівні 4 г/л, становить 1,3 мас.%, що вдвічі більше ніж при використанні сульфатного електроліту. Показано, що збільшення вмісту дисперсної фази в покривах з 0,1 до 1,3 мас.% супроводжується зростанням ступеню фотодеструкції барвника з 6 до 15,5 відсотків. Мікротвердість покривів зростає при цьому на 30 %. Розроблений електроліт для одержання композитів Cu–TiO2 є важливим внеском у розвиток синтезу зносостійких високоефективних фотокаталізаторів для очистки стічних вод від органічних забруднювачі

Дослідження кінетики екстракційної обробки рисового лушпиння при одержанні силіцій карбіду

Silicon carbide is characterized by a wide range of beneficial electrophysical, anti-corrosion, and strength properties. A promising raw material for the synthesis of silicon carbide is the waste of rice production, which includes compounds of silicon and carbon-containing organic substances. The cheapness and availability of such raw materials necessitate the development of technologies to obtain silicon carbide from it. An important direction in silicon carbide synthesis technology is to obtain a high purity product. To remove impurities from rice husks, it is necessary to carry out its pre-extraction treatment. It has been established that the extraction treatment of rice husks with acid solution makes it possible to clean the raw materials from metal compounds and the excess amount of carbon-containing components. To remove impurities of metal compounds and the excess amount of carbon-containing compounds from rice husks, it has been proposed to perform the extraction with an aqueous solution of the mixture of 10 % sulfur and 15 % acetic acids. We have derived the time dependences of the degree of extraction of cellulose from rice husks. Two temporal sections of the process have been identified. It is shown that the extraction of cellulose from rice husks obeys a pseudo first-order reaction. We have calculated the constants of speed and activation energy in the course of extraction for the two time sections of the process. The activation energy of extraction over a first period is 10.75 kJ/mol; over a second period, the activation energy value is 26.10 kJ/mol. It has been established that an increase in the extraction temperature from 20 to 100 °C leads to a two-fold improvement in the process efficiency. It is shown that silicon carbide, synthesized from rice husk after its extraction treatment, is a pure crystalline material whose particles’ size is from 1 to 20 micrometersКарбид кремния характеризуется широким спектром полезных электрофизических, антикоррозионных и прочностных свойств. В качестве сырья для синтеза карбида кремния большие перспективы имеют отходы рисового производства, в состав которых входят соединения кремния и углеродсодержащих органических веществ. Дешевизна и доступность такого сырья обусловливают необходимость разработки технологий получения из него карбида кремния. Важным направлением в технологии синтеза карбида кремния является получение продукта высокой чистоты. Для удаления примесей из рисовой шелухи необходимо проведение ее предварительной экстракционной обработки. Установлено, что экстракционная обработка рисовой шелухи кислотным раствором обеспечивает очистку сырья от соединенийметаллов и избыточного количества углеродсодержащих компонентов. Для удаления примесей соединений металлов и избыточного количества углеродсодержащих соединений из рисовой шелухи предложена экстракция водным раствором смеси 10 % серной и 15 % уксусной кислот. Получены временные зависимости степени экстракции целлюлозы из рисовой шелухи. Выделены два временных участка протекания процесса. Показано, что экстракция целлюлозы из рисовой шелухи подчиняется псевдо первому порядку реакции. Рассчитаны константы скорости и энергии активации процесса экстракции для двух временных участков процесса. Энергия активации экстракции в первом периоде составляет 10,75 кДж/моль, во втором периоде  значение энергии активации составляет 26,10 кДж/моль. Установлено, что увеличение температуры экстракции от 20 до 100 °С приводит к повышению эффективности процесса в два раза. Показано, что карбид кремния, синтезированный из рисовой шелухи после ее экстракционной обработки, представляет собой чистый кристаллический материал с размером частиц от 1 до 20 микрометровСиліцій 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 мікрометрі

ДОСЛІДЖЕННЯ КІНЕТИКИ ТЕРМІЧНОГО РОЗКЛАДАННЯ РИСОВОГО ЛУШПИННЯ ПІСЛЯ ВИДАЛЕННЯ ЛІГНІНУ

The study addresses the problem of using recycled materials for the production of a wide range of diverse products; in this context, the paper investigates the extractin of amorphous silicon (IV) dioxide from rice waste, i.e. rice husk, which differs in its chemical composition from all other cereal crops by a high content of silicon dioxide. Amorphous silicon (IV) oxide is widely used in electronics, medicine, food industry, cosmetology, paintwork materials manufacturing, and other industries. Amorphous silicon(IV) oxide has to meet various requirements, the main ones being amorphous structure, degree of purification, and particle size. A derivatographic method of analysis is used to study the non-isothermal kinetics of rice husk residue thermal decomposition. According to the results of derivatographic, chemical, and phase analyzes, a method for amorphous silicon (IV) oxide extraction by thermal decomposition of rice husk after the lignin removal has been proposed. The values of relative activation energies and the pre-exponential factors of the reactions have been calculated. A mathematical model characterized by a system consisting of three first order differential equations and four algebraic equations has been designed. Through the use of the proposed model, the time response characteristics of the process have been studied.В рамках решения проблемы использования вторичного сырья для производства широкого спектра разнообразных продуктов, рассматривается выделение аморфного диоксида кремния из отходов рисового производства – рисовой шелухи, которая отличается по своему химическому составу от всех других злаковых культур большим содержанием диоксида кремния. Аморфный диоксид кремния имеет широкий спектр применения в электронике, медицине, пищевой промышленности, косметологии, при производстве лаков и красок, а также в других отраслях промышленности. К аморфному диоксиду кремния предъявляются различные требования, но основными являются аморфная структура, степень очистки и размер частиц. Для изучения неизотермической кинетики термического разложения остатка рисовой шелухи применяли дериватографический метод анализа. По результатам дериватографического, химического и фазового анализов предложен механизм процесса выделения аморфного диоксида кремния путем термического разложения рисовой шелухи после удаления лигнина. Рассчитаны значения условных энергий активации и предэкспоненциальных множителей реакций. Построена математическая модель, которая описывается системой, состоящей из трех дифференциальных уравнений первого порядка и четырех алгебраических. С ее помощью изучены временные характеристики процесса.У рамках вирішення проблеми використання вторинної сировини для виробництва широкого спектру різноманітних продуктів, розглядається виділення аморфного силіцій (IV) оксиду з відходів рисового виробництва – рисового лушпиння, яка відрізняється за своїм хімічним складом від усіх інших злакових культур великим вмістом діоксиду кремнію. Аморфний силіцій (IV) оксид має широкий спектр застосування в електроніці, медицині, харчовій промисловості, косметології, при виробництві лаків і фарб, а також в інших галузях промисловості. До аморфному діоксиду кремнію пред'являються різні вимоги, але основними є аморфна структура, ступінь очищення та розмір частинок. Для вивчення неізотермічної кінетики термічного розкладання залишку рисового лушпиння застосовували дериватографічний метод аналізу. За результатами дериватографічного, хімічного і фазового аналізів запропоновано механізм процесу виділення аморфного силіцій (IV) оксиду шляхом термічного розкладання рисового лушпиння після видалення лігніну. Розраховані значення умовних енергій активації і предекспоненціальних множників реакцій. Побудовано математичну модель, яка описується системою, що складається з трьох диференціальних рівнянь першого порядку і чотирьох алгебраїчних. З її допомогою вивчені тимчасові характеристики процесу

Development of A New Suspension Electrolyte Based on Methane-sulphonic Acid for the Electrodeposition of Cu–TiO2 Composites

Electrodeposition of composite coatings based on copper is a promising direction in the creation of advanced materials for multifunctional purposes. An important area of composites application is to use them in the treatment systems for gas emissions and wastewater. It is advisable to use semiconductor oxide materials, in particular titanium dioxide, as the photocatalysts in the photo destruction of organic pollutants of wastewater. The structural features of wastewater treatment equipment require that titanium dioxide particles should be fixed in a rigid matrix. Resolving the task of fixing photosensitive elements at the surface of a certain configuration implies the electrodeposition of coatings by composites, in particular Cu–TiO2. An important factor affecting the functional characteristics of composites and their manufacturing technology is the nature of the electrolyte. It has been shown that the electrodeposition of Cu–TiO2 composites from methane-sulfonate electrolytes makes it possible to reduce the coagulation of the dispersed phase and to obtain coatings with a high content of titanium dioxide from a suspension solution containing no more than 4 g/l of TiO2. It was established that the content of the dispersed phase in the composite made at a current density of 2 A/dm2 and the concentration of titanium dioxide in the electrolyte at the level of 4 g/l is 1.3 % by weight, which is twice as much as when using a sulfate electrolyte. It has been shown that the increase in the content of the dispersed phase in the coatings from 0.1 to 1.3 % by weight is accompanied by an increase in the degree of photo destruction of the colorant from 6 to 15.5 %. The micro-hardness of coatings increases, in this case, by 30 %. The proposed electrolyte to make the Cu–TiO2 composites is an important contribution to the development of the synthesis of wear-resistant high-performance photocatalysts for treating wastewater from organic pollutant

Studying the Kinetics of Extraction Treatment of Rice Husk When Obtaining Silicon Carbide

Silicon carbide is characterized by a wide range of beneficial electrophysical, anti-corrosion, and strength properties. A promising raw material for the synthesis of silicon carbide is the waste of rice production, which includes compounds of silicon and carbon-containing organic substances. The cheapness and availability of such raw materials necessitate the development of technologies to obtain silicon carbide from it. An important direction in silicon carbide synthesis technology is to obtain a high purity product. To remove impurities from rice husks, it is necessary to carry out its pre-extraction treatment. It has been established that the extraction treatment of rice husks with acid solution makes it possible to clean the raw materials from metal compounds and the excess amount of carbon-containing components. To remove impurities of metal compounds and the excess amount of carbon-containing compounds from rice husks, it has been proposed to perform the extraction with an aqueous solution of the mixture of 10 % sulfur and 15 % acetic acids. We have derived the time dependences of the degree of extraction of cellulose from rice husks. Two temporal sections of the process have been identified. It is shown that the extraction of cellulose from rice husks obeys a pseudo first-order reaction. We have calculated the constants of speed and activation energy in the course of extraction for the two time sections of the process. The activation energy of extraction over a first period is 10.75 kJ/mol; over a second period, the activation energy value is 26.10 kJ/mol. It has been established that an increase in the extraction temperature from 20 to 100 °C leads to a two-fold improvement in the process efficiency. It is shown that silicon carbide, synthesized from rice husk after its extraction treatment, is a pure crystalline material whose particles' size is from 1 to 20 micrometer