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

Markéta Ostřanská

Master's thesis

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

Abstract:

Diplomová práce se zabývá přípravou uhlíkatých materiálů (biouhlů) mikrovlnnou pyrolýzou odpadních živočišných kostí (čerstvých hovězích a vařených hovězích, drůbežích, vepřových a kuřecích kostí), které mohou být využity jako vhodné prekurzory pro přípravu sorbentů sloužících pro odstranění těkavých organických látek z odpadních plynů. Teoretická část práce popisuje aktuální technologie zpracování odpadních živočišných kostí a principy pyrolýzy, včetně rešerše dané problematiky. Praktická část práce je rozdělena do několika částí. V první části byly charakterizovány surové materiály odpadních živočišných kostí. Další část popisuje přípravu biouhlů mikrovlnnou pyrolýzou při nastaveném výkonu mikrovlnného reaktoru 200, 400 a 600 W a optimalizaci procesních podmínek na základě vyhodnocení texturních a strukturních vlastností biouhlů. Na základě nejlepších texturních vlastností byly vybrány biouhly z vařených hovězích kostí a byla změřena a vyhodnocena jejich sorpční kapacita xylenu ze vzduchu. Výsledky ukazují, že největší množství biouhlu se získalo pyrolýzou vařených hovězích kostí při výkonu 200 W (62 hm.%). Nejlepší texturní vlastnosti vykazovaly biouhly připravené opět z hovězích vařených kostí, ale při výkonu 400 W (SBET: 153 m2.g-1 a Vnet: 331 mm3liq.g-1). Výkon 200 W je nedostačující a připravené biouhly vykazují vysoký obsah prchavé hořlaviny (4,5–7,7 hm.%) a jsou rovněž nehomogenní. IČ spektra potvrzují přítomnost hydroxyapatitu a CO3-2 skupin. Přítomnost -CH3 a -CH2 skupin u VKV-C a KKV-C potvrzují nedokonalé zpyrolyzování některých vzorků, což koreluje i s hmotnostní bilancí pyrolýzy a proximativní analýzou. Vyhodnocená sorpční kapacita xylenu byla v rozmezí 4,02–5,27 mlxylen.g-1 (17,72–23,05 mgxylen.g-1), kdy xylen se na biouhly vázal jak fyzikálně tak i chemicky.

Abstract:

This thesis deals with the preparation of carbon-based materials (biochar) by microwave pyrolysis of waste animal bones (fresh beef and boiled beef, poultry, pork and chicken bones) which can be used as suitable precursors for sorbents used to remove volatile organic compounds from flue gases. The theoretical part of the thesis describes the current technology of processing waste animal bones, the principles of pyrolysis and also contains theoretical research of the issue. The practical part of the work is divided into several parts. In the first part, the raw materials of waste animal bones were characterized. The next part describes the preparation of biochar by microwave pyrolysis at a set microwave reactor power of 200, 400 and 600 W and the optimization of process conditions based on the evaluation of textural and structural properties of biochar. Based on the best textural properties, biochar from boiled beef bones was selected and their sorption capacity of xylene from air was measured and evaluated. The results show that the largest amount of biochar was obtained by pyrolysis of boiled beef bones at 200 W (62 wt.%). The best textural properties were shown by biochar prepared again from boiled beef bones, but at a power of 400 W (SBET: 153 m2.g-1 and Vnet: 331 mm3liq.g-1). The power of 200 W is insufficient, and the prepared biochar have a high content of volatile combustibles (4,5–7,7 wt.%) and also is inhomogeneous. IR spectra confirm the presence if hydroxyapatite and CO3-2 groups. Presence of -CH3 and -CH2 groups in VKV-C and KKV-C confirm imperfect pyrolysis, which correlates with the mass balance of pyrolysis and proximal analysis. The evaluated sorption capacity of xylene was in the range of 4,02–5,27 mlxylene.g-1 (17,72–23,05 mgxylene.g-1), when xylene bound to biochar was both physically and chemically.

Keywords

Pyrolýza, Mikrovlnná pyrolýza, Odpadní živočišné kosti, Biouhel, Adsorpce, Xylen

Keywords

Pyrolysis, Microwave pyrolysis, Waste animal bones, Biochar, Adsorption, Xylene

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 4. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 1. 6. 2022
• Supervisor: Zuzana Jankovská
• Reader: Ivan Koutník

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta materiálově-technologická

Master programme / field:
Chemické a environmentální inženýrství / Metody analýzy pro chemické a environmentální inženýrství