Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Dmitry Mendeleev University of Chemical Technology of Russia (docent)
Russian Federation
In this investigation the structure of «green» silica maid with rice husk has been studied by methods of physicochemical analysis. By method of X-ray diffraction it has been found that the samples of «green» silica powders are completely amorphous, and the observed amorphous halo consists of two components. By method of scanning electron microscopy it has been revealed that nano-particles of «green» SiO2 can form agglomerates and microstructures with dimensions from 0,1 to 500 microns, containing numerous pores, which presence has been confirmed by sorption measurements. By method of mass spectrometry with inductively coupled plasma has been found the presence of aluminum, titanium and nickel mechanical impurities in the «green» SiO2 powders. By method of X-ray photoelectron spectroscopy significant amount of fluorine atoms in «green» silica (up to 5% (at.)) has been revealed, which could be introduced in SiO2 in the process of its preparation. In such a case, it was found that fluorine interacts with «green» silica by means of two mechanisms, leading to appearance of two phases within fluorinated powders of «green» SiO2.
«green» silica, rice husks, fluorine, phase, structure.
1. Введение
Производство риса сопровождается возникновением большого количества отходов (до 30% от сухого рисового зерна), включающих солому, цветковую чешую (лузга, шелуха) и отруби (мучка), которые образуются после извлечения зерен риса на предприятиях пищевой промышленности [1]. Известные способы утилизации отходов риса [2–4] путем измельчения и рассеивания на поле в качестве удобрения или сжиганием не являются эффективными из-за возможности загрязнения окружающей среды и/или загрязнения воздуха углекислым газом. Биодеградация отходов риса путем воздействия микроорганизмов занимает продолжительное время и не позволяет быстро переработать большие объемы отходов рисового производства [1]. Как известно [1–4], в соломе и шелухе риса содержание минеральных компонентов достигает 10–20%, среди них основную долю (80–95%) составляет диоксид кремния. Очищенный диоксид кремния из рисовой шелухи или соломы может быть получен посредством пиролиза отходов на воздухе, за которым следует экстракция в щелочных или кислотных растворах [2–4]. Конкурентным преимуществом диоксида кремния, извлекаемого из отходов риса (далее — «зеленого» диоксида кремния или g-SiO2), является его относительно низкая цена по сравнению со стоимостью диоксида кремния, полученного из других источников [2–4]. Очевидно, химический состав рисовой соломы или шелухи во многом определяется климатическими условиями и качеством почв, где произрастает растение [5]. На состав «зеленого» диоксида кремния также влияют особенности применяемой технологии глубокой переработки отходов риса. Поэтому эффективное использование «зеленого» диоксида кремния может осуществляться в разных направлениях, что предполагает предварительное изучение структуры и свойств вновь полученного материала. Цель настоящего исследования состояла в изучении элементного состава и структуры порошкообразного «зеленого» диоксида кремния, произведенного WATERS MOOTH LTD, Company (Shenzhen, People’s Republic of China).
2. Экспериментальная часть
Исследовали порошки g-SiO2 производства WATER SMOOTH LTD, Company (Shenzhen, People’s Republic of China) без предварительной обработки. Размер и форму наночастиц, агломератов, нано-/микроструктур g-SiO2 определяли путем анализа электронно-микроскопических изображений, полученных с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ) Versa 3D™ DualBeam™. Наличие кристаллической и аморфной фазы определяли методом рентгеновской дифракции (РД) с применением дифрактометра ДРОН‑3М, оборудованного медным анодом (длина волны характеристического излучения λCu = 1,5406 Å).
1. Koz’mina E. P. Ris i ego kachestvo [Rice and its quality]. Moscow, Kolos Publ., 1966. 159 p. (in Russian)
2. Covindarao Venneti M. H. Utilization of rice hack a preliminary analysis. Journal of Scientific and Industrial Research, 1980, V. 39, № 9, pp. 495-515.
3. Sergienko V. I., Zemnukhova L. A., Egorov A. G. Vozobnovlyaemye istochniki khimicheskogo syr’ya: kompleksnaya pererabotka otkhodov risa i grechikhi [Renewable sources of chemical raw materials: complex processing of rice and buckwheat waste]. Rossiyskiy khimicheskiy zhurnal (Zhurnal Rossiyskogo khimicheskogo obshchestva im. D. I. Mendeleeva) [Russian Chemical Journal (Journal of the Russian Chemical Society named after D. I. Mendeleyev)]. 2004, V. 48, I. 3, pp. 116-124. (in Russian)
4. Efremova S. V. Risovaya shelukha kak vozobnovlyaemoe syr’e i puti ee pererabotki [Rice husk as a renewable raw material and ways of its processing]. Rossiyskiy khimicheskiy zhurnal (Zhurnal Rossiyskogo khimicheskogo obshchestva im. D. I. Mendeleeva) [Russian Chemical Journal (Journal of the Russian Chemical Society named after D. I. Mendeleyev)]. 2011, V. 55, I. 1, pp. 57-62. (in Russian)
5. Geetha D., Ananthiand A., Ramesh P. S. Preparation and Characterization of Silica Material from Rice Husk Ash - An Economically Viable Method. Research & Reviews: Journal of Pure and Applied Physics, 2016, V. 4, I. 3, pp. 20-26.
6. Puziy A. M., Poddubnaya O. I., Gawdzik B.et al. Comparison of heterogeneous pore models QSDFT and 2D-NLDFT and computer programs ASiQwin and SAIEUS for calculation of pore size distribution Adsorption, 2016, V. 22, № 4-6, pp. 459-464. Available at: https://doi.org/10.1007/s10450-015-9704-6
7. Vasil’ev D. M. Difraktsionnye metody issledovaniya struktur [Diffraction methods for studying structures]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1977. 248 p. (in Russian)
8. Langford J. I., Wilson A. J.C. Scherrer after sixty years: A survey and some new results in the determination of crystallite size. Journal Applied Crystals, 1978, V.11, pp. 102-113.
9. Greg S., Sing K. Adsorbtsiya, udel’naya poverkhnost’, poristost’ [Adsorption, specific surface, porosity]. Moscow, Mir Publ., 1984. 306 p. (in Russian)
10. Wu M. K. The Roughness of Aerosol Particles: Surface Fractal Dimension Measured Using Nitrogen Adsorption. Aerosol Science and Technology, 1996, V. 25, № 4, pp. 392-398 DOI:https://doi.org/10.1080/02786829608965404
11. Vargaftik M. B. Spravochnik po teplofizicheskim svoystvam gazov i zhidkostey [Guide on the Thermophysical Properties of Gases and Liquids]. Moscow, Nauka Publ., 1972. 720 p. (in Russian)
12. Gus’kova O.P., Vorotyntsev V. M., Faddeev M. A. Raschety elektronnoy struktury dioksida kremniya, modifitsirovannogo ftorom [Calculations of the electronic structure of silicon dioxide modified by fluorine]. Vestnik Nizhegorodskogo universiteta im. N. I. Lobachevskogo [Bulletin of the Nizhny Novgorod University N. I. Lobachevsky]. 2013, I. 1 (1), pp. 43-47. (in Russian)
13. Knyazev V. K., Sidorov N. A., Kurbakov V. G. Radiatsionnaya stoykost’ materialov radiotekhnicheskikh konstruktsiy. Spravochnik [Radiation resistance of materials of radio engineering structures. Reference book]. Moscow, Sovetskoe radio Publ., 1976. 568 p. (in Russian)
