• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
5 июня, 10:22
ПНИПУ
163

Кофейную гущу переработали в компоненты для очистки воды

❋ 4.4

Ежегодно в мире образуется около 20 миллионов тонн кофейной гущи, большая часть которой не перерабатывается и оказывается на свалках. В России вместе с ростом потребления кофе объемы этих отходов также увеличиваются. Традиционные методы утилизации, такие как их использование в качестве удобрения, охватывают лишь 10–15%, что делает актуальным поиск новых решений. Ученые Пермского Политеха предложили новый метод переработки кофейной гущи в углеродные сорбенты. Полученные образцы обладают свойствами, сопоставимыми с промышленными аналогами, такими как марки активированного угля, и могут использоваться для очистки воды от тяжелых металлов и нефтепродуктов.

Кофейную гущу переработали в углеродные сорбенты / © Ruslan Sikunov, Unsplash

Статья опубликована в сборнике конференции «Химия. Экология. Урбанистика». Исследование проведено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

В настоящее время в России и в мире идет процесс трансформации системы управления отходами. Его цель – внедрить современные методы утилизации и при этом минимизировать объем, подвергаемый захоронению, и повысить углеродную эффективность технологий. Все это требует принятия научно обоснованных решений по выбору способов и технологий их переработки.

Учитывая большое население России и растущую популярность кофе в крупных городах страны, можно ожидать увеличения объемов образования подобных пищевых отходов. Это подчеркивает доступность сырья и необходимость работы над инновационными решениями в сфере переработки кофейной гущи.

– Кофейные отходы обладают рядом положительных свойств. Их химический состав схож с минеральными азотными удобрениями, что способствует формированию корней, стебля, листвы и ускоряет рост растений. Несмотря на возможность применения кофейной гущи в качестве органоминерального удобрения и в других областях, на сегодняшний день в целом ее вторичное использование составляет не более 10–15%. Перспективное направление утилизации углеродсодержащих растительных отходов – получение на их основе сорбентов, предназначенных для решения экологических проблем, – комментирует Валерия Швалева, магистрант кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ.

Суть действия любых углеродных сорбентов в том, что благодаря своей пористой структуре они поглощают вредные вещества из воздуха или жидкостей. Классические примеры – разновидности активированного угля: березовый и кокосовый активированные угли (БАУ и КАУ). Они используются для очистки стоков, питьевой воды, воздуха от токсичных газов, промышленных выбросов, а также для фильтрации систем вентиляции.

Обычно в промышленном масштабе углеродные высокопористые сорбенты получают из растительного сырья в две стадии. Сначала сырье предварительно обрабатывают методом карбонизации при температуре 500–600 °С, – то есть нагревают без доступа кислорода, чтобы образовался уголь. Далее, чтобы уголь стал пористым и смог впитать загрязнения, он проходит вторую стадию – активацию карбонизатов водяным паром или химическими реагентами при температуре 800–900 °С. Так изготавливают стандартные сорбенты из растительных отходов.

В качестве сырья для таких «очистителей» могут использовать древесные материалы, сельскохозяйственные отходы (скорлупа орехов, косточки фруктов) и даже кофейную гущу.

– Кофейные отходы, прошедшие предварительную обработку, обладают высокой сорбционной способностью и обеспечивают эффективность очистки от железа, меди и нефтепродуктов. Однако традиционный, двухстадийный способ изготовления сорбентов требует энергетических, временных и серьезный денежных затрат, поскольку во время карбонизации приходится нагревать сырье и использовать дополнительное оборудование. В нашей работе мы экспериментировали с отходами кофейной гущи, которые не подвергались предварительной обработке, чтобы проверить, можно ли создать из них эффективный сорбент при помощи менее затратной технологии, – рассказывает Анна Ардуанова, старший преподаватель кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ, кандидат технических наук.

Ученые Пермского Политеха провели исследования по получению углеродных сорбентов из кофейной гущи, использовав метод термохимического пиролиза (разложение органики при высокой температуре без доступа кислорода, но с добавлением химических реагентов-катализаторов). Итоговые образцы по свойствам сравнивали с промышленными БАУ и КАУ, которые традиционно используются для очистки сточных вод от загрязнений, чтобы определить эффективность разработанной технологии.

– Для создания сорбента мы предварительно смешали отходы с реагентом-активатором. В данном случае это гидроксид калия, который нужен для ускорения разложения сырья и улучшения качества продукта. Затем образцы подвергали пиролизу при температуре 800 °С и определяли, какое количество реагента наилучшим образом влияет на формирование пористой структуры и адсорбционных свойств кофейной гущи. Выявлено, что при массовом отношении отход: активатор = 10:1 получается углеродный сорбент, близкий по свойствам к известным маркам сорбентов, часто применяемых для очистки окружающей среды – БАУ и КАУ. Это говорит о том, что он соответствует общим стандартам и есть высокий потенциал использования кофейных отходов в качестве сорбента в промышленности, – объясняет Ирина Глушанкова, профессор кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ.

Исследование доказывает, что предложенный способ позволяет создавать из кофейной гущи сорбент для фильтрации воздуха и сточных вод. При добавлении определенного количества химического реагента гидроксида калия при изготовлении образца, сорбент с кофейными отходами становится схож по структуре и свойствам с БАУ и КАУ. Они были взяты в качестве стандартов для проверки эффективности.

Технология, которую разработали ученые Пермского Политеха, предлагает полезный для экологии способ утилизации кофейной гущи, а также создает основу для производства дешевых и эффективных сорбентов. Метод не требует серьезных энергетических и денежных затрат, но при этом помогает снижать антропогенную нагрузку на окружающую среду и демонстрирует новые возможности для коммерческого использования отходов.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
22 июля, 14:44
ФизТех

Команда исследователей из Сколтеха, МФТИ, Института искусственного интеллекта AIRI и других научных центров разработала метод, позволяющий не просто отличать тексты, написанные человеком, от сгенерированных нейросетью, но и понимать, по каким именно признакам классификатор принимает решение о том, является ли текст генерацией или нет.  Анализируя внутренние состояния глубоких слоев языковой модели, ученые смогли выделить и интерпретировать численные признаки, отвечающие за стилистику, сложность и «степень уверенности» текста.

21 июля, 11:14
Игорь Байдов

Считается, что небольшие компактные галактики с красным оттенком, которые открыли в 2024 году, существовали в ранней Вселенной, между 0,6 и 1,6 миллиарда лет после Большого взрыва. Теперь такие же объекты открыли совсем рядом с нашей планетой. Это может полностью изменить понимание того, как рождаются такого рода тела.

23 июля, 08:07
Юлия Тарасова

Знаменитый роман Льва Толстого «Анна Каренина» начинается словами «Все счастливые семьи похожи друг на друга, каждая несчастливая семья несчастлива по-своему». Этот же принцип применим к оптимистам с пессимистами, показало новое исследование. Японские ученые установили, что позитивно настроенным людям свойственны общие паттерны мозговой активности, тогда как у пессимистов они более индивидуальны.

21 июля, 14:06
Юлия Тарасова

Бывает, что люди упорствуют в поведении, которое им вредит, даже когда негативные последствия кажутся очевидными. В новом исследовании австралийские специалисты выявили когнитивный механизм, помогающий объяснить причины деструктивного поведения, связанного, к примеру, с азартными играми, пьянством или наркоманией.

18 июля, 12:44
ПНИПУ

Борщевик занимает почти 300 тысяч гектаров в 39 регионах России. Известно о 12 нижегородцах, восьми петербуржцах и двух москвичах, пострадавших от вредителя этим летом. У некоторых ожоги составляют от 30 до 80% тела. На этой неделе Госдума приняла закон и обязала землевладельцев бороться с этим опасным растением. Но, помимо борщевика, есть и другие часто встречающиеся и почти настолько же токсичные представители флоры, о которых мы почти ничего не знаем. Ученые Пермского Политеха рассказали, можно ли прикасаться к борщевику ночью, как безобидный ландыш может привести к летальному исходу, а чистотел к отказу почек, и что будет если съесть мед, собранный с ядовитых растений.

21 июля, 11:14
Игорь Байдов

Считается, что небольшие компактные галактики с красным оттенком, которые открыли в 2024 году, существовали в ранней Вселенной, между 0,6 и 1,6 миллиарда лет после Большого взрыва. Теперь такие же объекты открыли совсем рядом с нашей планетой. Это может полностью изменить понимание того, как рождаются такого рода тела.

25 июня, 15:19
ФизТех

Группа российских ученых из Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН и МФТИ провела детальное численное исследование источников шума, генерируемых крылом прототипа сверхзвукового бизнес-джета в режиме посадки. Эта работа, сочетающая передовые методы вычислительной гидродинамики и аэроакустики, впервые позволила с высокой точностью локализовать и охарактеризовать основные зоны шумообразования вблизи полноразмерной геометрии крыла модели прототипа сверхзвукового пассажирского самолета в посадочной конфигурации.

2 июля, 11:17
Юлия Тарасова

Результаты эксперимента в США в будущем могут позволить добиться разрешения на использование отработанной конопли в качестве кормовой добавки в животноводстве.

18 июля, 12:44
ПНИПУ

Борщевик занимает почти 300 тысяч гектаров в 39 регионах России. Известно о 12 нижегородцах, восьми петербуржцах и двух москвичах, пострадавших от вредителя этим летом. У некоторых ожоги составляют от 30 до 80% тела. На этой неделе Госдума приняла закон и обязала землевладельцев бороться с этим опасным растением. Но, помимо борщевика, есть и другие часто встречающиеся и почти настолько же токсичные представители флоры, о которых мы почти ничего не знаем. Ученые Пермского Политеха рассказали, можно ли прикасаться к борщевику ночью, как безобидный ландыш может привести к летальному исходу, а чистотел к отказу почек, и что будет если съесть мед, собранный с ядовитых растений.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Закрыть
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно