Технология получения и физико-химические характеристики карбонизата лузги подсолнечника в качестве функциональной технологической добавки резинотехнических изделий

А.К. Кайайдарова; В.В. Боброва; Ф.П. Погоров; С.В. Нечипуренко; Н.А. Забара; А.В. Касперович; С.А. Ефремов; С.Н. Лежнев; Б.Б. Ермухамбетова; М.М. Буркитбаев

doi:10.15328/cb2026_151

Авторы

А.К. Кайайдарова Казахский национальный университет им. аль-Фараби https://orcid.org/0009-0002-3982-2805 (неаутентифицированный)
В.В. Боброва Белорусский государственный технологический университет https://orcid.org/0009-0005-7417-194X (неаутентифицированный)
Ф.П. Погоров Казахский национальный университет им. аль-Фараби https://orcid.org/0009-0006-8652-3508 (неаутентифицированный)
С.В. Нечипуренко Казахский национальный университет им. аль-Фараби https://orcid.org/0000-0002-7463-1679 (неаутентифицированный)
Н.А. Забара Казахский национальный университет им. аль-Фараби https://orcid.org/0000-0002-1346-7190 (неаутентифицированный)
А.В. Касперович Белорусский государственный технологический университет https://orcid.org/0000-0003-4403-6235 (неаутентифицированный)
С.А. Ефремов Казахский национальный университет им. аль-Фараби https://orcid.org/0000-0002-3542-4140 (неаутентифицированный)
С.Н. Лежнев Рудненский индустриальный университет https://orcid.org/0000-0002-1737-9825 (неаутентифицированный)
Б.Б. Ермухамбетова Казахский национальный университет им. аль-Фараби https://orcid.org/0000-0003-4950-0367 (неаутентифицированный)
М.М. Буркитбаев Казахский национальный университет им. аль-Фараби https://orcid.org/0000-0002-1472-1293 (неаутентифицированный)

DOI:

https://doi.org/10.15328/cb2026_151

Ключевые слова:

сельскохозяйственные отходы, лузга подсолнечника, биокомпозиты, пиролиз, утилизация растительных отходов, безотходное производство, функциональные технологические добавки

Аннотация

Исследована возможность переработки лузги подсолнечника в углеродсодержащий материал — карбонизат, перспективный для использования в качестве функциональной технологической добавки при производстве резинотехнических изделий. Карбонизат получали методом термической конверсии лузги подсолнечника в инертной атмосфере с последующей оценкой его состава и физико-химических характеристик. Термогравиметрический анализ показал, что основные процессы разложения компонентов биомассы протекают в диапазоне 200–550 °C, что определяет выбор температурного режима карбонизации. Анализ продуктов пиролиза методом GC выявил образование газовой, жидкой и твёрдой фракций. Газообразные продукты содержали энергетически ценные компоненты — H₂, CO, CH₄ и лёгкие углеводороды; их высшая теплота сгорания составила 14,27 МДж/нм³. Жидкая фракция была представлена преимущественно кислородсодержащими и ароматическими соединениями, а её теплота сгорания составила 13,71 МДж/кг. Полученный карбонизат характеризовался содержанием углерода 48,12 мас. %, низкой зольностью 3,5 мас. %, щелочным характером поверхности (pH = 9), удельной площадью поверхности 27,3 м²/г и умеренным развитием микропор. Средний размер частиц после измельчения составил 18,89 мкм, что соответствует требованиям к дисперсным наполнителям. Также разработана опытно-промышленная технология карбонизации биомассы производительностью не менее 150 кг/час, подтверждающая возможность масштабирования процесса.

Библиографические ссылки

1. Attia T (2019) Int J Compos Mater Manuf 9:24-31. https://doi.org/10.5923/j.cmaterials.20190901.04

2. Noryani M, Sapuan SM, Mastura M, et al. (2019) J Mater Res Technol 8:2865-2879. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2019.02.019

3. Gholampour A, Ozbakkaloglu T (2020) J Mater Sci 55:829-892. https://doi.org/10.1007/s10853-019-03990-y

4. Todor MP, Kiss I, Puchianu M, et al. (2019) IOP Conf Ser Mater Sci Eng 477:012004. https://doi.org/10.1088/1757-899X/477/1/012004

5. Joshi S, Drzal LT, Mohanty AK, et al. (2004) Compos Part A Appl Sci Manuf 35:371-376. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2003.09.016

6. De Azevedo ARG, Marvila MT, Cecchin D, et al. (2021) Agron Res 19:1387-1395. https://doi.org/10.15159/AR.21.140

7. Ofem MI, Ubi PA (2021) Eur J Mech Eng Res 8:36-47.

8. Ubi PA, Abdulrahman AS (2015) Int J Mater Metall Eng 9:203-208.

9. Ubi PA, Okon KE, Akpabio EI, et al. (2024) Sci Rep 14:3055. https://doi.org/10.1038/s41598-024-53742-5

10. Ubi PA, Akpabio EI, Okon KE, et al. (2022) Niger J Technol 41:879-886. https://doi.org/10.4314/njt.v41i5.8

11. Rajak DK, Pagar DD, Kumar R, et al. (2019) Polymers 11:1667. https://doi.org/10.3390/polym11101667

12. Ofem MI, Ubi PA (2020) Indian J Eng 17:450-461.

13. Dufresne A (2019) Curr For Rep 5:76-89. https://doi.org/10.1007/s40725-019-00088-1

14. Anosike-Francis EN, Agu CE, Obianyo II, et al. (2022) Appl Sci 12:713. https://doi.org/10.3390/app12020713

15. Azammi AMN, Sapuan SM, Ishak MR, et al. (2018) Def Technol 14:268-277. https://doi.org/10.1016/j.dt.2018.05.009

16. Ferreira FV, Cividanes LS, Duarte KF, et al. (2019) J Compos Sci 3:51. https://doi.org/10.3390/jcs3020051

17. Ohijeagbon I, Okuovwo S, Odiari E, et al. (2023) Rev Compos Mater Av 33:211-218.

18. Ferreira FV, Lona LMF, Thielemans W (2017) Polym Eng Sci 59:7-15. https://doi.org/10.1002/pen.24770

19. Shamtsyan MM, Golovanova GV, Danilova EV, et al. (2011) Russ Chem J LV:1. (In Russian)

20. Yefanov MV, Galochkin AI, Bakhvalova EA, et al. (2002) Chem Plant Raw Mater 2:47-51. (In Russian)

21. Zemnukhova LA, Shkorin DV, Fedorishcheva GA, et al. (2009) Chem Plant Raw Mater 3:147-149. (In Russian)

22. Plotnikov NP, Chelysheva IN (2021) Syst Methods Technol 1:86-89. (In Russian)

23. Kleshchevnikov LI, Akhtyamov AG, Galimova AR, et al. (2015) Bull Technol Univ 18:19. (In Russian)

24. Alemdar A, Sain M (2008) Compos Sci Technol 68:557-565. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2007.05.044

25. Alves JS, Dos Santos WN, De Araújo EM, et al. (2015) Carbohydr Polym 115:215-222.

26. Bondeson D, Mathew A, Oksman K (2006) Cellulose 13:171-180. https://doi.org/10.1007/s10570-006-9061-4

27. Dolgikh OG, Ovcharov SN (2009) Ecol Ind Russ 11:4-7. (In Russian)

28. Khusid SB, Lysenko YA, Shlyakhov VN, et al. (2015) Sci J Kuban State Agrar Univ 107:2-14. (In Russian)

29. Malik A, Wulandari D, Purwanto A, et al. (2023) Int J Des Nat Ecodyn 18:457-463. https://doi.org/10.18280/ijdne.180225

30. Bunga ES, Setyaningsih D, Hambali E, et al. (2024) Int J Des Nat Ecodyn 19:259-265. https://doi.org/10.18280/ijdne.190128

31. Barana D, Ali M, Salanti A, et al. (2018) ACS Sustain Chem Eng 6:11843-11852. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b02145

32. Intiya W, Kaabbuathong N, Saetung N, et al. (2024) Polymers 16:493. https://doi.org/10.3390/polym16040493

33. Nechipurenko S, Mamyrbekova A, Burkitbayev M, et al. (2025) Polymers 17:2963. https://doi.org/10.3390/polym17212963

34. Yogalakshmi KN, Poongothai S, Kavitha S, et al. (2022) Chemosphere 286:131824. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131824

35. Zheng Q, Han Y, Hu J, et al. (2022) Chem Eng J 437:135316. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135316

36. Rizwan M, Ali M, Khan S, et al. (2025) J Anal Appl Pyrolysis 192:107342. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2025.107342

37. Giudicianni P, Cardone G, Ragucci R (2021) Energy Fuels 35:5407-5478. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.0c04046

38. Zou X, Huang Y, Wang X, et al. (2024) J Anal Appl Pyrolysis 179:106463. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2024.106463

39. Fan Y, Yang H, Wang X, et al. (2022) Bioresour Technol 360:127648. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127648

40. Ma H, Wang Y, Li J, et al. (2026) ACS Omega 11:2800-2809. https://doi.org/10.1021/acsomega.5c08593

41. Lim HY, Chew JJ, Khoo CG, et al. (2024) Chem Eng Trans 112:271-276. https://doi.org/10.3303/CET24112046

42. Kluska J, Matej-Łukowicz K, Nawrot N (2024) Sustainability 16:11234. https://doi.org/10.3390/su162411234

43. Larina OM, Sinelshchikov VA, Sytchev GA (2016) J Phys Conf Ser 774:012137. https://doi.org/10.1088/1742-6596/774/1/012137

44. GOST 6382-2001. Solid mineral fuel. Methods for determination of volatile matter yield. (In Russian)

45. GOST 7885-86. Carbon black for rubber industry. Specifications. (In Russian)

46. Technological line for biomass carbonization (furnace). Carbonization module type SP-K400: passport SP-K400.00.00.00 PS / LLC "Spline-M". (2022) 14 p. (In Russian)

47. Bobrova VV, Zakharov NS, Kanafina AA, et al. (2025) Polymers 17:2070. https://doi.org/10.3390/polym17152070

48. Bobrova V, Zakharov N, Kanafina A, et al. (2025) J Compos Mater 59:907-931. https://doi.org/10.1177/00219983241303395

49. Bobrova V, Zakharov N, Kanafina A, et al. (2024) Polym Polym Compos 32:09673911241287860. https://doi.org/10.1177/09673911241287860