Příprava aktivovaných uhlíkatých materiálů vícestupňovou mikrovlnou pyrolýzou odpadních živočišných kostí pro snižování koncentrace xylenu z odpadních plynů

Karolína Gorzolková

Master's thesis

Preparation of activated carbon-based materials by multistage microwave pyrolysis of waste animal´s bones for reduction the concentration of xylene from waste gases

Abstract:

Diplomová práce se zabývá přípravou a využitím biouhlů a aktivních biouhlů vyrobených mikrovlnou pyrolýzou jako efektivních sorbentů pro eliminaci znečišťujících látek z odpadních plynů. Teoretická část popisuje aktuální poznatky z oblasti mikrovlnné pyrolýzy vedlejších živočišných produktů a adsorpce znečisťujících látek jak z odpadních plynů, tak i vod. Praktická část je rozdělena do několika kapitol. První část práce se zabývá přípravou biouhlů a aktivních biouhlů z vedlejších živočišných produktů (odpadních živočišných kostí – vepřových a hovězích), a to jednostupňovou mikrovlnou pyrolýzou bez aktivace při různých nastavených výkonech magnetronu (200, 400 a 600 W) a dvoustupňovou mikrovlnou pyrolýzou s aktivací (KOH, K2CO3, H3PO4) a výkonem magnetronu 200 W. Na základě nejvhodnějších texturních a strukturních vlastností připravených sorbentů byly ty nejlepší vybrány pro testování sorpční kapacity xylenu ze vzduchu. Na základě experimentů bylo zjištěno, že sorpční kapacita xylenu je závislá především na objemu mikropórů v biouhlech – se zvyšujícím se objemem mikropórů se lineárně zvyšuje sorpční kapacita xylenu. Poměr grafitické a amorfní struktury (ID/IG) v biouhlech nemělo na sorpční kapacitu vliv. Nejlepší sorbent byl připraven dvoustupňovou pyrolýzou a aktivací K2CO3 s vysokým specifickým povrchem (SBET 258 - 815 m2.g-1), objemem mikropórů (Vmicro 49 - 247 mm3liq.g-1) a sorpční kapacitou xylenu 30,2 - 84,4 mg xylen.g-1. Tato sorpční kapacita je srovnatelná nebo/vyšší se sorpční kapacitou sorbentů připravených z odpadní kukuřice (24 mg xylen.g-1).

Abstract:

The diploma thesis deals with the preparation and use of biochars and activated biochars by microwave pyrolysis as effective sorbents for elimination of the pollutants from the waste gases. The theoretical part describes current knowledge in the field of microwave pyrolysis of animal by-products and adsorption of pollutants from both waste gases and water. The practical part is divided into several chapters. The first part of the work deals with the preparation of biochars and activated biochars from animal by-products (waste animal bones - pork and beef), namely by one-stage microwave pyrolysis without activation at different set magnetron powers (200, 400 and 600 W) and two-stage microwave pyrolysis with activation (KOH, K2CO3, H3PO4) and 200 W magnetron power. Based on the most suitable textural and structural properties of the prepared sorbents, the best ones were selected for testing the sorption capacity of xylene from air. On the basis of experiments, it was found that the sorption capacity of xylene is primarily dependent on the volume of micropores – as the volume of micropores increases, the sorption capacity of xylene increases linearly. The ratio of graphitic and amorphous structure (ID/IG) of carbon had no effect on the sorption capacity. The best sorbent was prepared by two-stage pyrolysis and K2CO3 activation with high specific surface area (SBET 258 - 815 m2.g-1), micropore volume (Vmicro 49 - 247 mm3liq.g-1) and xylene sorption capacity of 30.2 - 84.4 mg xylene.g-1. This sorption capacity is comparable or/higher than the sorption capacity of sorbents prepared from waste corn (24 mg xylene.g-1).

Keywords

pyrolýza, mikrovlnná pyrolýza, vedlejší živočišné produkty, biouhel, VOC, sorpce

Keywords

pyrolysis, microwave-assisted pyrolysis, animal by-products, biochar, VOC, sorptions

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 29. 5. 2023
• Supervisor: Zuzana Jankovská
• Reader: Jiří Fiedor

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta materiálově-technologická

Master programme / field:
Chemické a environmentální inženýrství / Environmentální inženýrství