Исследователи из Харбинского политехнического университета представили оптимизированную технологию переработки багассы – сельскохозяйственных отходов сахарного тростника – в высококачественный биоуголь. Для трансформации биомассы ученые применили метод микроволнового пиролиза, который позволяет точнее контролировать структуру и функциональные характеристики получаемого пористого углерода. Работа направлена на решение проблемы утилизации растительных остатков и создание сырья для энергетической и экологической отраслей.
Традиционно жом сахарного тростника считается трудноперерабатываемым побочным продуктом, который часто сжигается или складируется, создавая нагрузку на окружающую среду. Группа исследователей предложила использовать микроволновое излучение вместо классического электрического нагрева, что обеспечило объемный нагрев материала и ускорило химические реакции. С помощью метода математического моделирования ученые определили влияние температуры пиролиза, концентрации активирующего агента и скорости потока углекислого газа на конечный продукт.
В ходе экспериментов было установлено, что оптимальной температурой для формирования развитой пористой структуры является показатель около 803 градусов Цельсия. При превышении этого порога наблюдалось разрушение микропор и истончение углеродных стенок, что снижало качественные показатели материала. Полученный при заданных условиях биоуголь продемонстрировал удельную площадь поверхности свыше 1150 квадратных метров на грамм.
Особое внимание авторы уделили газовой среде в реакторе. Поток углекислого газа ускорял вторичные реакции газификации, что несколько снижало общий выход продукта, но способствовало образованию более тонких пор, эффективных для селективной адсорбции. Исследование показало, что ключевым фактором управления структурой остается химическая активация гидроксидом калия, которая напрямую определяет развитие поверхности материала и его сорбционные возможности.
Практическая значимость работы заключается в возможности промышленного производства сорбентов для очистки сточных вод и почв, а также компонентов для систем хранения энергии, таких как электроды суперконденсаторов. Разработанный протокол позволяет находить баланс между объемом производства и качественными свойствами материала в зависимости от конкретных задач. Использование агропромышленных отходов в качестве сырья для высокотехнологичных материалов соответствует принципам экономики замкнутого цикла и способствует снижению экологических рисков.