Текст уведомления здесь

Материал для стекол и домов предложили получать из шелухи краснодарского риса

Ее зола представляет собой аморфный диоксид кремния.
Добавить в закладки
Комментарии

Сотрудники Пермского национального исследовательского политехнического университета и Пермского государственного университета высоко оценили потенциал шелухи риса в качестве источника кремния. При этом энергию для его выделения из рисовой шелухи обеспечит ее же горение. Научная статья опубликована в журнале Resources.

Рис — одна из самых распространенных сельскохозяйственных культур в мире. Его зерна используют как основу для самых разнообразных блюд. Почти всегда их приготовление предполагает очистку от шелухи, поэтому, как правило, ее проводят еще в местах культивации этого растения. Рисовая шелуха плохо поддается утилизации, так как содержит много кремния, из-за чего горит с трудом. Соединения кремния, а также органические компоненты оболочек зерен риса, лигнин и целлюлоза, используются лишь немногими живыми организмами. Поэтому непереработанной рисовой шелухи с каждым годом становится все больше.

Содержание кремния в золе, получаемой при сгорании рисовой шелухи, составляет 15—20 процентов по массе. При этом он представлен в виде аморфного диоксида кремния. Из него можно получать стекло, а также цеолиты и другие адсорбирующие материалы. Объем ежегодно производимой шелухи от рисовых зерен может дать столько же аморфного диоксида кремния, сколько сейчас его добывают из неорганических источников.

Учитывая все это, пермские ученые протестировали один из способов утилизации таких отходов. Они использовали шелуху от краснодарского риса. Ее подвергли пиролизу — нагреванию до высоких температур при нехватке кислорода. Реакцию проводили в установке, которая одновременно с повышением температуры регистрировала вес реакционной смеси и количество выделяемой во время пиролиза энергии. Затем исследователи проанализировали состав газов, выделившихся в результате этого процесса, путем масс-спектрометрии и структуру получившейся золы — с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Рисовая шелуха и зола. Фото: Irina Glushankova et als. / Resources

Рисовая шелуха и зола. Фото: Irina Glushankova et als. / Resources

Выяснилось, что при пиролизе рисовой шелухи из нее сначала испаряется вода, а затем летучие органические вещества. В основном в ходе этого процесса образуются ацетон, уксусная кислота и фуран, но в малых количествах. Получившаяся зола состояла в основном из аморфного диоксида кремния. Содержание углерода в ней достигало 6,5 процента. В другом эксперименте шелуху сожгли в атмосфере с избытком кислорода. В данном случае углерода было существенно меньше — 0,2 процента по массе.

Золу от рисовой шелухи, полученную в различных по составу атмосферах, обработали щелочью — гидроксидом натрия с концентрацией 14,5 моль/л. Сначала эту смесь высушили при температуре 90 градусов по Цельсию, а затем обожгли при 780 градусах по Цельсию и после завершения процесса еще час держали при той же температуре. В результате получился ячеистый материал, по структуре и свойствам близкий к уже известным изолирующим материалам на основе диоксида кремния. Как выяснили исследователи, из одного килограмма рисовой шелухи можно получить 200 г аморфного диоксида кремния, а при сгорании такой ее массы выделяется 10,9 мегаджоуля энергии.

Подсчет тепла, выделившегося при пиролизе и горении рисовой шелухи, показал, что ее нерационально использовать как топливо на крупных предприятиях, но она подходит в качестве источника энергии для производства ячеистых структур из аморфного диоксида кремния. Таким образом, оболочки зерен риса могут давать энергию для их же полной утилизации. При этом не придется строить заводов по их переработке и производства полезных материалов из отходов культивирования риса вдали от регионов выращивания культуры (в случае России это Краснодарский и Алтайский края). Кроме ячеистых структур из аморфного диоксида кремния, пепел от сгорания рисовой шелухи может быть основой и для прочих соединений того же элемента.

О других потенциальных применениях рисовой шелухи можно прочесть в интервью «Чердака» с академиком Валентином Пармоном.

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Российские инженеры потратили 25 миллионов рублей на создание углепластикового 3D-принтера

Это будет первая подобная отечественная разработка. Чтобы запустить ее в производство, потребуется еще 10 миллионов рублей.
Добавить в закладки
Комментарии

Инженеры из «Карфидов Лаб» и ООО "Анизопринт" разработали Anisoprint Composer — устройство, позволяющее печатать 3D-изделия из углепластика с непрерывными волокнами. С его помощью, например, можно быстро сделать легкие и прочные автомобильные диски из углепластика для гоночных болидов «Формулы-1». На его разработку уже затратили более 25 миллионов рублей, а чтобы запустить 3D-принтер в производство, потребуется еще 10 миллионов, сообщает поступивший в редакцию пресс-релиз компании.

В основе работы Anisoprint Composer — экструзия термопласта — получение изделий путем продавливания вязкого расплава материала через формующее отверстие. В процессе печати в полимер добавляется непрерывное армирующее волокно, в результате чего создается композитный материал — углепластик (карбон).

Изображение: ООО "Анизопринт"
Изображение: ООО "Анизопринт"

Связанные внутри полимера непрерывные углеродные волокна располагаются внутри в виде лент, кусков «ткани» или отдельных пучков. Благодаря этому данный конструкционный материал способен выдержать высочайшие нагрузки. Он в 20—25 раз прочнее чистых полимеров (пластиков), в два раза прочнее алюминия, сопоставим по данному параметру с распространенными видами нержавейки. Однако при этом легче алюминия в 2,5 раза и в семь раз легче стали. [ ... ]

Читать полностью

Небольшие количества красного вина улучшили работу ионообменных мембран

Российские и французские ученые изучили стабильность ионообменных мембран, погруженных в красное вино. Нет, эта идея пришла им не во время банкета: такие мембраны действительно используются для очистки вин.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из Кубанского государственного университета совместно с коллегами из Института мембран в Монпелье (Франция) выяснили механизм разрушения анионных мембран в процессе очистки вина. Оказалось, что самый большой вред мембранам наносят содержащиеся в вине полифенолы и полисахариды. В то же время короткие (до 10 часов) «погружения» в вино могут улучшить некоторые характеристики мембран. Результаты исследования опубликованы в Journal of Membrane Science.

Современное производство вина — процесс сложный и высокотехнологичный. Готовое вино несколько раз фильтруют, пастеризуют и стабилизируют. Если вино долгое время сохраняет прозрачность (не мутнеет), его называют стабилизированным. Для этого используют в том числе процесс электродиализа — очистки с помощью тока и специальных мембран. Мембраны сконструированы так, чтобы свободно пропускать раствор и задерживать заряженные ионы (один тип мембран удерживает положительно заряженные ионы, другой — отрицательно заряженные). Мембраны расположены поочередно и делят сосуд для электродиализа на множество полостей. Под действием тока разноименно заряженные ионы начинают двигаться в разные стороны, но задерживаются на ближайшей мембране, соответствующей их заряду, и остаются в полости между двумя мембранами. Электродиализ нужен, чтобы очистить вино от избытка солей гидротартратов. Эти соли малорастворимы: они какое-то время могут находиться в растворе, но затем постепенно выпадают в осадок, образуя ту самую «муть» в бутылке вина.

Российские и французские ученые решили проверить, насколько стабильны ионообменные мембраны в процессе электродиализа вин. В экспериментах они использовали анионообменные (то есть задерживающие анионы — отрицательно заряженные ионы) мембраны и три вида красного сухого вина — мурведр, сирах и гренаш. Мембраны помещали в вино на 3, 10 и 72 часа.

Оказалось, что разрушение мембраны шло в несколько этапов. Первыми в атаку шли маленькие молекулы антоцианов, которые растягивали поры мембраны. В увеличенные поры проникали более крупные молекулы танинов и некоторых белков. На этой стадии поры еще увеличивались, мембрана становилась толще, ее проводимость падала. Затем в дело вступала «тяжелая артиллерия»: полисахариды и полифенолы — эти вещества наносили мембранам наибольший вред. Полифенолы содержат ароматические фрагменты — кольца из шести атомов углерода. Такие же фрагменты есть и у материала мембран, взаимодействие между ними прочно привязывало молекулы к мембране. Суммарное действие перечисленных веществ сильно снижало ионообменную емкость и проводимость мембран. Заметной разницы между сортами вина авторы не отметили — все они портили мембраны примерно одинаково. [ ... ]

Читать полностью

В МФТИ придумали способ сделать графеновый лазер

Загадочное взаимное уничтожение частиц и античастиц в графене имеет квантовую природу. При определенных условиях его можно подавить, что открывает путь к созданию лазеров на основе графена.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из МФТИ и Университета Тохоку (Япония) объяснили парадоксальное взаимное уничтожение частиц и античастиц в графене — так называемую Оже-рекомбинацию. Долгое время оно считалось запрещенным фундаментальными физическими законами сохранения импульса и энергии, но упорно наблюдалось в экспериментах. Теоретическое обоснование этого процесса представляло до недавнего времени одну из сложнейших загадок физики твердого тела. Соответствующая статья опубликована в Physical Review B.

У электрона есть античастица — антиэлектрон, или позитрон. Носители заряда в полупроводниках — кремнии, германии, арсениде галлия и многих других — также ведут себя подобно электронам и позитронам. В полупроводниках есть два типа носителей с противоположным зарядом (их называют электронами и дырками), и они могут взаимно уничтожаться (рекомбинировать) с высвобождением избытка энергии. Рекомбинация электрона и дырки со следующим за этим испусканием фотона (излучением света) — основа работы полупроводникового лазера, основного прибора современной оптоэлектроники.

Но испускание фотона не единственный возможный исход столкновения электрона и дырки. Часто освобождающаяся энергия может быть потеряна на «раскачку» соседних атомов кристаллической решетки или «подхвачена» пролетающим мимо электроном. Такой подхват другим электроном называется Оже-рекомбинацией и является главным «убийцей» электрон-дырочных пар в лазерах. Обычно разработчики лазеров стремятся усилить вероятность излучения света при столкновении электрона и дырки и ослабить вероятность Оже-рекомбинации.

Схематическое изображение двух сценариев исчезновения частицы-электрона (синий) и античастицы-дырки (красная) в графене. В процессе излучательной рекомбинации (слева) энергия, выделяющаяся при взаимном уничтожении, улетает в виде порции света — фотона. При Оже-рекомбинации (справа) эту энергию подхватывает пролетающий мимо электрон. Оже-процесс губителен для полупроводниковых лазеров, так как забирает на себя энергию,которую можно было бы высвободить в свет. Долгое время считалось, что Оже-процесс в графене запрещен законами сохранения импульса и энергии. Изображение: пресс-служба МФТИ.
Схематическое изображение двух сценариев исчезновения частицы-

электрона (синий) и античастицы-дырки (красная) в графене. В процессе излучательной рекомбинации (слева) энергия, выделяющаяся при взаимном уничтожении, улетает в виде порции света — фотона. При Оже-рекомбинации (справа) эту энергию подхватывает пролетающий мимо электрон. Оже-процесс губителен для полупроводниковых лазеров, так как забирает на себя энергию,

которую можно было бы высвободить в свет. Долгое время считалось, что Оже-процесс в графене запрещен законами сохранения импульса и энергии. Изображение: пресс-служба МФТИ.

[ ... ]
Читать полностью