Структурообразование в бинарных системах гидролизный лигнин – нефтепродукт и термохимические превращения композитов на их основе

  • Иван Вадимович Резников Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0003-1109-9053
  • Татьяна Александровна Савицкая Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Дмитрий Давидович Гриншпан Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-257X-2020-1-3-18

Аннотация

Реологическим методом изучены особенности структуры дисперсий гидрофобизированного гидролизного лигнина в товарной нефти, дизельном топливе и индустриальном масле. Установлено, что при содержании гидролизного лигнина более 20 мас. % формируются коагуляционно-тиксотропные структуры с псевдопластическим характером течения. Рассчитанные в рамках теории эластичного флока параметры структурообразования позволили охарактеризовать дисперсии в дизельном топливе как наименее структурированные. В соответствии с теорией диффузионно-лимитированной агрегации рассчитана компьютерная модель агрегата частиц гидролизного лигнина в дизельном топливе и с помощью предложенной методики компьютерного анализа цифровых фотографий установлена его внутренняя структура. Использовано машинное обучение для прогнозирования оптимальных условий получения из гидролизного лигнина мезопористых активированных углей. Экспериментально полученные по рассчитанной методике угли характеризуются суммарным объемом пор (0,95 ± 0,05) см3/г и площадью поверхности по БЭТ (1700 ± 85) м2/г, что соответствует прогнозным параметрам.

Биографии авторов

Иван Вадимович Резников, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

аспирант кафедры физической химии химического факультета. Научный руководитель – Т. А. Савицкая

Татьяна Александровна Савицкая, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук; профессор кафедры физической химии, заместитель декана по научной работе химического факультета

Дмитрий Давидович Гриншпан, Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

доктор химических наук, профессор; заведующий лабораторией растворов целлюлозы и продуктов их переработки

Литература

  1. Chelnokov AA, Yushchenko LF, Zhmykhov IN. Obrashchenie s otkhodami [Waste Management: Study Guide]. Minsk: Vysheishaya shkola; 2018. 460 p. Russian.
  2. Simonova VV, Shendrik TG, Kuznetsov BN. Methods of industrial lignins utilization. Journal of Siberian Federal University. Chemistry. 2010;3(4):340–354. Russian.
  3. Suhas, Carrott PJ, Ribeiro Carrott MM. Lignin – from natural adsorbent to activated carbon: a review. Bioresource technology. 2007;98(12):2301–2312. DOI: 10.1016/j.biortech.2006.08.008.
  4. Matsumoto T, Takashima A, Masuda T, Onogi S. Note: A Modified Casson Equation for Dispersions. Transactions of the Society of Rheology. 1970;14(4):617–620. DOI: 10.1122/1.549197.
  5. Casson N. Rheology of disperse systems. In: Mill CC, editor. Rheology of disperse systems. Proceedings of a Conference Organized by the British Society of Rheology, held at the University College of Swansea in September 1957. New York: Pergamon Press; 1959. p. 84–104.
  6. Mewis J. Rheology of suspensions. In: Astarita G, Marrucci G, Nicolais L, editors. Rheology. Volume 1. Principles. New York: Springer; 1980. p. 149–168.
  7. Goldberg DE, Holland JH. Genetic algorithms and machine learning. Machine Learning. 1988;3(2/3):95–99.
  8. Mitchell TM. Machine learning [Internet]. New York [etc.]: McGraw Hill; 1997 [cited 2019 October 1]. Available from: http://profsite.um.ac.ir/~monsefi/machine-learning/pdf/Machine-Learning-Tom-Mitchell.pdf.
  9. Cook RD. Detection of influential observations in linear regression. Technometrics. 1977;19(1):15–18.
  10. Savitskaya TA, Reznikov IV, Shcheglov VA, Tsygankova NG, Telysheva GM, Grinshpan DD. [Rheological properties of dispersed systems based on hydrophobized lignin and oil]. Inzhenerno-fizicheskii zhurnal. 2012;85(3):611–616. Russian.
  11. Kirsanov EA, Matveenko VN. Nen’yutonovskoe povedenie strukturirovannykh sistem [Non-Newtonian behavior of structured systems]. Moscow: Tekhnosfera; 2016. 383 p. Russian.
  12. Shchukin ED, Pertsov AV, Amelina EA. Kolloidnaya khimiya [Kolloidnaya khimiya]. Moscow: Vysshaya shkola; 2004. 445 p. Russian.
  13. Savitskaya TA, Reznikov IV, Shcheglov VA, Tsygankova NG, Telysheva GM, Grinshpan DD. Rheological properties of disperse systems based on hydrolyzed lignin and oil. Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2012;85(3):662–667.
  14. Witten TA, Sander LM. Diffusion-limited aggregation. Physical Review B. 1983;27(9):5686–5697. DOI: 10.1103/PhysRevB.27.5686.
  15. Jullien R. The application of fractals to colloidal aggregation. Croatica Chemica Acta. 1992;65(2):215–235.
  16. Meakin P. Formation of fractal clusters and networks by irreversible diffusion-limited aggregation. Physical Review Letters. 1983;51(3):1119–1122. DOI: 10.1103/PhysRevLett.51.1119.
  17. Sonka M, Hlavac V, Boyle R. Image processing, analysis, and machine vision. 4th edition. Stamford: Cengage Learning; 2015. 870 p.
  18. Huo P, Savitskaya T, Reznikov I, Hrynshpan D, Tsygankova N, Telysheva G, Arshanitsa A. Hydrolysis lignin as a sorbent and basis for solid composite biofuel. Advances in Bioscience and Biotechnology. 2016;7(11):501–530. DOI: 10.4236/abb.2016.711046.
  19. Chatterjee S, Saito T. Lignin-derived advanced carbon materials. ChemSusChem. 2015;8(23):3941–3958. DOI: 10.1002/cssc.201500692.
  20. Gonzalez-Serrano E, Cordero T, Rodriguez-Mirasol J, Cotoruelo L, Rodriguez JJ. Removal of water pollutants with activated carbons prepared from H3PO4 activation of lignin from kraft black liquors. Water Research. 2004;38(13):3043–3050. DOI: 10.1016/j.watres.2004.04.048.
  21. Hayashi J, Kazehaya A, Muroyama K, Watkinson P. Preparation of activated carbons from lignin by chemical activation. Carbon. 2000;38(13):1873–1878. DOI: 10.1016/S0008-6223(00)00027-0.
  22. Karagöz S, Tay T, Ucar S, Erdem M. Activated carbons from waste biomass by sulfuric acid activation and their use on methylene blue adsorption. Bioresource technology. 2008;9(14):6214–6222. DOI: 10.1016/j.biortech.2007.12.019.
  23. Kavitha D, Namasivayam C. Experimental and kinetic studies on methylene blue adsorption by coir pith carbon. Bioresource Technology. 2007;98(1):14–21. DOI: 10.1016/j.biortech.2005.12.008.
  24. Liu RL, Liu Y, Zhou XY, Zhang ZQ, Zhang J, Dang FQ. Biomass-derived highly porous functional carbon fabricated by using a free-standing template for efficient removal of methylene blue. Bioresource technology. 2014;154:138–147. DOI: 10.1016/j.biortech.2013.12.034.
  25. Sun Y, Wei J, Wang YS, Yang G, Zhang JP. Production of activated carbon by K2CO3 activation treatment of cornstalk lignin and its performance in removing phenol and subsequent bioregeneration. Environmental Technology. 2010;31(1):53–61. DOI: 10.1080/09593330903338411.
  26. Sun Y, Zhang J-P, Yang G, Li Z-H. Removal of pollutants with activated carbon produced from K2CO3 activation of lignin from reed black liquors. Chemical and Biochemical Engineering Quarterly. 2006;20(4):429–435.
Опубликован
2020-03-05
Ключевые слова: гидролизный лигнин, нефтепродукты, структура, машинное обучение, активированный уголь, реология
Как цитировать
Резников, И. В., Савицкая, Т. А., & Гриншпан, Д. Д. (2020). Структурообразование в бинарных системах гидролизный лигнин – нефтепродукт и термохимические превращения композитов на их основе. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 1, 3-18. https://doi.org/10.33581/2520-257X-2020-1-3-18
Выпуск
№ 1 (2020): Журнал Белорусского государственного университета. Химия
Раздел
Оригинальные статьи

Copyright (c) 2020 Журнал Белорусского государственного университета. Химия

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).