ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЖЕЛЕЗООКСИДНОГО ШЛАМА В ПРОЦЕССЕ ПИРОЛИЗА КОФЕЙНОГО ЖМЫХА
Аннотация
В настоящей работе исследовано влияние железооксидной добавки техногенного происхождения (на основе железосодержащего шлама) на состав продуктов пиролиза биомассы. В качестве исходного сырья использован кофейный жмых – массовый вторичный продукт переработки кофе. Процесс пиролиза проводили при температуре 550 °C в инертной атмосфере азота при различных массовых долях катализатора (5–50 мас.%). Пиролиз производили в стекляном реакторе, что исключало влияние материала реактора на состав продуктов пиролиза. Показано, что введение железооксидной добавки не оказывает значимого влияния на величину удельной поверхности твердого остатка. Однако сам кофейный жмых оказывает влияние на размер областей когерентного рассеяния оксида железа: увеличение содержания первого приводит к снижению этих величин. Тем не менее, фазовый состав твердых продуктов пиролиза при варьировании содержания катализатора принципиально не изменяется, что установлено методом рентгенофазового анализа. Наиболее существенное влияние железооксидная добавка оказывает на состав жидких продуктов пиролиза. По данным хромато-масс-спектрометрии выявлено формирование сложной смеси кислородсодержащих органических соединений и металлоорганических компонентов, относительный выход которых существенно зависит от содержания катализатора. Методом инфракрасной спектрометрии в образцах твердых продуктов пиролиза подтверждено наличие характеристических полос, отвечающих за металлоорганические соединения. В жидких образцах продуктов пиролиза обнаружены полосы, отвечающие за карбоновые кислоты, альдегиды, кетоны, а также соединения, содержащие азот. Газообразные продукты пиролиза в основном были представлены водяным паром, азотом и диоксидом углерода. Полученные результаты демонстрируют возможность регулирования состава продуктов процесса пиролиза биомассы за счет введения железооксидных каталитически активных добавок.
Для цитирования:
Le Thi Mai Huong, Прозоров Д.А., Афинеевский А.В., Смирнов Д.В., Гордина Н.Е. Использование железооксидного шлама в процессе пиролиза кофейного жмыха. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 6. С. 98-106. DOI: 10.6060/ivkkt.20266906.7050.
Литература
Babich O.O., Kulikova Yu.V., Sukhikh S.A., Kalashnikova O.B., Dolganyuk V.F. Review of research in the field of development of technologies for direct production of liquid fuels from biomass. Sci. Herit. 2021. N 80. P. 41–47 (in Russian).
Polina I.N., Mironov M.V., Belyy V.A., Brovarova O.V. Study of the component composition of the prod-ucts of oxidative thermal destruction of fuel pellets from heracleum sosnowskyi manden biomass by the method of chromatograph mass spectrometry. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 5. P. 68-76 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226505.6462.
Gulieva S.N., Abdullaev K.Z. Formation of aromatic hydrocarbons during the pyrolysis of ethylene, propyl-ene, and divinyl. Evraziyskiy Souz Uchenikh. Ser.: Med. Biol. Khim. Nauki. 2021. N 4. P. 52–57 (in Russian).
Litvintsev I.Yu. Pyrolysis. Khim. Zhurn. 2006. N 5. P. 42-46 (in Russian).
Kodirov O.Sh., Mirzakulov H.Ch., Berdiev H.U., Sharipova V.V. Study of the chemical composition of pyrocondensate from pyrolysis production. Universum: Tekhn. Nauki. 2018. V. 54. N 9. P. 59–64 (in Russian).
Kuznetsov G.V., Salomatov V.V., Syrodoy S.V. Ignition of particles of wet wood biomass under conditions of convective diffusion of water vapor in the near-wall region. Fizika Goreniya Vzryva. 2018. V. 54. N 3. P. 82–95 (in Russian). DOI: 10.1134/S0010508218030097.
Mukhina T.N., Barabanov N.L., Babash S.E. Pyrolysis of hydrocarbon raw materials. M.: Ripol Klassik. 1987. 240 p. (in Russian).
Tokimoto T. Removal of lead ions in drinking water by coffee grounds as vegetable biomass. J. Colloid Interface Sci. 2005. V. 281. N 1. P. 56–61. DOI: 10.1016/j.jcis.2004.08.083.
Kuznetsova A.P., Al-Shehadat R.I. Food waste–raw material for producing biodegradable polyhydroxyalka-noates: status and prospects. Pishchevyye Sistemy. 2024. P. 31–43 (in Russian). DOI: 10.21323/2618-9771-2024-7-1-31-43.
Dirko S. Innovative business models and technologies of the circular economy: foreign and domestic experience. Nauka Innovatsii. 2022. N 5. P. 8–13 (in Russian). DOI: 10.29235/1818-9857-2022-5-8-13.
Klemeshov D.V., Novikov M.S. Use of spent coffee waste as a sorption material for industrial wastewater treatment from heavy metal ions and petroleum products. Sovr. Tekhnol. Stroitel'stve. Teoriya Praktika. 2017. P. 395–401 (in Russian).
Fam T.M., Lebedeva O.E. On the possibility of using coffee waste in sorption purification of water from dyes. Collection of dokl. international scientific and technical conf. Energy- and resource-saving environmentally friendly chemical and technological processes for environmental protection. Belgorod: BGTU. 2015. P. 136 – 141. (in Russian).
Mussatto S.I., Machado E.M.S., Martins S., Teixeira J.A. Production, composition, application of coffee and its industrial residues. Food Bioproc. Technol. 2011. V. 4. N 5. P. 661–672. DOI: 10.1007/s11947-011-0565-z.
Busch P.F., França Holanda J.N. Potential use of coffee grounds waste to produce dense/porous bi-layered red floor tiles. Open Ceram. 2022. V. 9. P. 100204. DOI: 10.1016/j.oceram.2021.100204.
Gubin A.V., Larionov K.B., Gerasimov R.D., Pak A.Ya. Obtaining semi-coke from coffee grounds as a raw material for the synthesis of silicon carbide. Mezhdunar. Zhurn. Priklad. Fund. Issl. 2022. N 12. P. 75–81 (in Rus-sian). DOI: 10.17513/mjpfi.13487.
Fernandes A.S., Mello F.V.C., Thode Filho S., Carpes R.M., Honório J.G., Marques M.R.C., Felzenszwalb I., Ferraz E.R.A. Impacts of discarded coffee waste on human and environmental health. Ecotoxic. Environ. Saf. 2017. V. 141. P. 30-36. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2017.03.011.
Sakharova Yu.N., Seyoum M.B., Kunin A.V. Synthesis of cobalt ferrite based on cobalt oxide for producing syn-thesis gas in the process of biomass processing. Ros. Khim. Zhurn. 2024. V. 68. N 4. P. 103-109 (in Russian).
Khafizov I.F., Musin R.R. Modern trends in the development of the pyrolysis process. Vestn. Kazan. Tekhnol. Un-ta. 2015. V. 18. N 2. P. 231-234 (in Russian).
Shakor Z.M., Al-Shafei E.N. The mathematical catalyst deactivation models: a mini review. RSC Adv. 2023. N 32. P. 22579–22592. DOI: 10.1039/D3RA02912C.
Langford J.I., Wilson A.J.C. Scherrer after sixty years: a survey and some new results in the determination of crystallite size. Appl. Crystal. 1978. V. 11. N 2. P. 102-113. DOI: 10.1107/S0021889878012844.
Tho D.T., Huong L.T.M., Smirnova O.P., Afineevskiy A.V., Smirnov D.V., Gordina N.E., Prozorov D.A. Iron oxide catalyst for biomass pyrolysis process. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2025. V. 68. N 10. P. 109-116 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20256810.7244.
Prozorov D.A., Afineevsky A.V., Smirnov D.V., Gordi-na N.E., Rumyantsev R.N. Composition and properties of iron-containing sludge from the Zavolzhsky Chemical Plant. Ekol. Promyshl. Rossii. 2025. V. 29. N 3. P. 28–33 (in Russian). DOI: 10.18412/1816-0395-2025-3-28-33.
Sarwar A., Wang J., Khan M.S., Farooq U., Riaz N., Nazir A., Mahmood Q., Hashem A., Al-Arjani A.-B.F., Alqarawi A.A., Abd_Allah A.F. Iron oxide (Fe3O4)-supported SiO2 magnetic nanocomposites for efficient adsorption of fluoride from drinkingwater: synthesis, characterization, and adsorption isotherm analysis. Water. 2013. V. 13. P. 1514. DOI: 10.3390/w13111514.
Khadzhiev S.N. Nanoheterogeneous catalysis: definition, status, and research prospects (review). Nanogeterogen. Katal. 2016. V. 1. N 1. P. 3–18 (in Russian).
