Біологічні системи: теорія та інновації

Еколого-економічне обгрунтування ефективності вуглецевих сорбентів на основі тирси різних порід дерев

О.М. Калівошко, Олена Наумовська, Євгеній Бережняк, С.П. Паламарчук, С.Д. Павлюк
Завантажити статтю
Анотація

 У роботі проаналізовано ефективність застосування вуглецевих сорбентів на основі тирси різних порід дерев у знешкодженні забруднень паливно-мастильними матеріалами. Обґрунтовано переваги застосування методу сорбції, як ефективного, поширеного, простого та доступного заходу для очищення від нафтопродуктів. Акцентовано увагу на якості сорбуючого матеріалу за використання вуглецевих сорбентів із тирси різних порід дерев. Дано структурні, фізико-хімічні, поглинальні й сорбційні характеристики вуглецевих сорбентів із рослинної сировини та показано ефективність їх використання для очищення водного й ґрунтового середовища. Розкрито екологічні й економічні переваги очищення водного та ґрунтового середовища від нафтопродуктів вуглецевими сорбентами з рослинної сировини, порівняно з іншими методами та засобами очищення. Мета роботи полягала в аналізі ефективності дії вуглецевих сорбентів із тирси різних порід дерев у боротьбі із нафтовими забрудненнями. Методи досліджень – загальноприйняті. Встановлено, що тирса сосни і грабу має велику нафтоємність і сорбційну здатність, яка у 2,1-2,5 рази вища, порівняно із вуглецевими сорбентами із тирси інших порід дерев, завдяки чому може ефективно використовуватися у знешкодженні нафтових розливів. Термічна обробка тирси активізує її сорбційну ємність та нафтоємність у 2,3-4,1 рази, що вказує на її екологічну ефективність у адсорбції паливно-мастильних матеріалів. Оптимальна температура процесу карбонізації тирси становить у межах 250-300ºС, а тривалість – 9,0-10,5 хвилин. Відзначаємо також і економічну ефективність внесення вуглецевих сорбентів у 2,5-4,0 рази, порівняно із застосуванням звичайної тирси

Ключові слова

нафтопродукти; вуглецеві сорбенти; тирса; карбонізація; деструкція полімерних ланцюгів; нафтоємність; енергетичні затрати

ЦИТУВАТИ
Kalivoshko, О., Naumovska, O., Berezhniak, Ye., Palamarchuk, S., & Pavliuk, S. (2024). Ecological and economic justification of the efficiency of carbon sorbents based on sawwood of different trees. Biological Systems: Theory and Innovation, 15(2), 28-40. https://doi.org/10.31548/biologiya15(2).2024.003
Використані джерела

[1] Beregniak, E., Beregniak, M., Myronycheva, O., Balabak, A., Belava, V., Boroday, V., Voitsekhivskyi, V., et al. (2023). Ecological analysis of the current state of forest resources in Forest Steppe of Ukraine. Journal of Ecological Engineering, 24(1), 87-96. doi: 10.12911/22998993/155951.

[2] Bodnariuk, R.M., Vakerych, M.M., Petrosova, V.I., Nikolaichuk, V.I., & Hasynets, Y.S (2017). Influence of oil pollution on microbiocenosis of soil and phytotoxic effect in conditions of Uzhhorod district of Zakarpattia. (2017). Scientific Herald of Uzhhorod University: Biology, 42, 86-93. Retrieved from https://cutt.ly/fwNelg6O.

[3] Budzulyak, I.M., Vashinskyi, V.M., & Rochii, B.I. (2015). Adsorption properties of carbon materials obtained by the method of chemical activity. Vasyl Stefanyk National University of Prykarpattia, 13(1), 84-90.
Retrieved from http://dspace.nbuv.gov.ua/bitstream/handle/123456789/108647/12BudzulyakNEW.pdf?sequence=1.

[4] Cruz, J.M., Lopes, P.R.M., Montagnolli, R.N., Tamada, I.S., Silva, N.M., & Bidoia, E.D. (2013). Toxicity assessment of contaminated soil using seeds as bioindicators. Journal of Applied Biotechnology, 1(1), 1-10. doi: 10.5296/jab.v1i1.3408.

[5] Diyuk, V.E. (2017). Carbon sorbents. Preparation, structure and properties. Kyiv: Kyiv University Publishing Center.

[6] Galysh, V.V., Deikun, I.M., Trus, I.M., Radovenchyk, V.M., & Gomelya, M.D. (2022). Carbon sorbents from peracetic lignin. Herald of the National Technical University of Ukrane of Igor Sikorski Kyiv Polytechnical Institute: Chemical Engineering, Ecology and Resource Conservation, 3, 69-76. doi: 10.20535/26179741.3.2022.265362.

[7] Glibovytska, N.I., & Plaksiy, L.V. (2019). Efficiency of oil absorption by sorbents of natural and artificial origin. Scientific Herald of Ukraine National Forestry University, 29(6), 76-78. https://doi.org/10.15421/40290615.

[8] Golovan, L.V., Buzina, I.M., & Chupryna, Yu.Yu. (2021). Ecological methods of restoration of lands contaminated by oil products. In International scientific and practical conference (pp. 60-63). Lublin: University of Life Sciences in Lublin.
doi: 10.30525/978-9934-26-047-6-16.

[9] Kalivoshko, O.M., & Kalivoshko, M.F. (2021). Technical and insurance assessment of carbon sorbents based on vegetable raw materials for the purification of petroleum products. Machinery & Energetics, 12(2), 83-88. doi: 10.31548/machenergy2021.02.

[10] Kalivoshko, O.M., & Kalivoshko, M.F. (2021). Техніко-економічна оцінка тирси різних порід дерев як сорбентів для очищення нафтопродуктів. Machinery & Energetics, 12(3), 137-142. doi: 10.31548/machenergy2021.03.

[11] Kalivoshko, O.M., & Kalivoshko, M.F. (2022). Technical and economic justification of efficiency of carbon sorbents based on pine sawdust for removing oil products. Machinery & Energetics, 13(1), 49-53. doi: 10.31548/machenergy.13(1).2022.49-53.

[12] Karam, Q., & Al-Wazzan, Z. (2021). Toxicity of petroleum hydrocarbons to Brachyuran crabs: A review of deleterious effects of oil-related xenobiotics on life stages. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom, 101(3), 561-576. doi: 10.1017/S0025315421000370.

[13] Khan, M.A.I., Biswas, B., Smith, E., Naidu, R., & Megharaj, M. (2018). Toxicity assessment of fresh and weathered petroleum hydrocarbons in contaminated soil-a review. Chemosphere, 212, 755-767. doi: 10.1016/j.chemosphere.2018.08.094.

[14] Kucher, L., Krasnoshtan, I., Nedilska, U., Muliarchuk, O., Manzii, O., Menderetsky, V., et al. (2023). Heavy metals in soil and plants during revegetation of coal mine spoil tips and surrounded territories. Journal of Ecological Engineering, 24(7). doi: 10.12911/22998993/164756.

[15] Litvak, С.М., (2023). Analysis of the properties of sorbents for oil spill response at water bodies. In С.М. Litvak, & O.A. Litvak (Eds.), Materials of the 14th international science and technology confections “Innovations in shipbuilding and ocean engineering” (pp. 266-269).

[16] Makarenko, N.A., Strokal, V.P., Berezhniak, Y.M., Bondar, V.I., Pavliuk, S.D., Vagaliuk, L.V., & Kovpak, A.V. (2022). Impact of Russian military aggression on Ukraine’s natural resources: Analysis of the situation, assessment methodology. Scientific reports of National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 4(98). doi: 10.31548/dopovidi2022.04.003.

[17] Meez, E., Hosseini-Bandegharaei, A., Rahdar, A., Thysiadou, A., Matis, K. A., & Kyzas, G.Z. (2021). Synthetic oil-spills decontamination by using sawdust and activated carbon from aloe vera as absorbents. Biointerface Research Applied Chemistry, 11(4), 11778-11796. doi: 10.33263/BRIAC114.1177811796.  

[18] Mohammad, A.F., Mourad, A.A.I., Galiwango, E., Lwisa, E.G., Al-Marzouqi, A.H., El-Naas, M.H., Al-Marzouqi, M.H., et al. (2021). Effective and sustainable adsorbent materials for oil spill cleanup based on a multistage desalination process. Journal of Environmental Management, 299, article number 113652. doi: 10.1016/j.jenvman.2021.113652.

[19] Mojžiš, M., Bubeníková, T., Zachar, M., Kačíková, D., & Štefková, J. (2019). Comparison of natural and synthetic sorbents’ efficiency at oil spill removal. BioResources, 14(4), 8738-8752. doi: 10.15376/biores.14.4.8738-8752.

[20] Nakonechnyi, I.V., Litvak, O.A., Litvak, S.M., & Marynets, O.M. (2023). Аналіз чинників, що впливають на процес біоремедіації ґрунтів, забруднених нафтопродуктами (2023). Ecological Sciences, 4(49), article number 114122. doi: 10.32846/2306-9716/2023.eco.4-49.15.

[21] Nazarenko, S.K., & Arkhipova, L.M. (2016). Modern methods of liquidation of emergency oil spills on land water bodies. Scientific Herald of the Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, 1(40), 72-79.
Retrieved from https://nv.nung.edu.ua/index.php/nv/article/view/586.

[22] Ouyang, D., Lei, X., & Zheng, H. (2023). Recent advances in biomass-based materials for oil spill cleanup. Nanomaterials, 13(3), article number 620. doi: 10.3390/nano13030620.

[23] Plaksii, L.V. (2016). Methodology of assessment of surface water in places of influence of oil pipeline transport facilities. Environmental Safety and Balanced Resource Use, 2, 24-28. Retrieved from http://nbuv.gov.ua/UJRN/ebzp_2016_2_5 .

[24] Rogovskii, I.L., Kalivoshko, O.M., Voinash, S. A., Obukhova, I.A., & Kebko, V.D. (2020). Research of absorbing properties of carbon sorbents for purification of aquatic environment from oil products. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 548(6), article number 062040. doi: 10.1088/1755-1315/548/6/062040.

[25] Sayed, K., Baloo, L., & Sharma, N.K. (2021). Bioremediation of total petroleum hydrocarbons (TPH) by bioaugmentation and biostimulation in water with floating oil spill containment booms as bioreactor basin. International Journal of Environmental Research and Public Health, 18(5), article number 2226. doi: 10.3390 ijerph18052226

[26] Shahzad, A., Siddiqui, S., Bano, A., Sattar, S., Hashmi, M. Z., Qin, M., & Shakoor, A. (2020). Hydrocarbon degradation in oily sludge by bacterial consortium assisted with alfalfa (Medicago sativa L.) and maize (Zea mays L.). Arabian Journal of Geosciences, 13, article number 879. doi: 10.1007/s12517-020-05902-w.

[27] Shendrik, T.G., Tamko, VO., Shevkoplias, V.M., Bovan, L.A., & Tsiba, M.M. (Ed.). (2021). Strong carbon sorbents from composite raw materials based on coal and coke chemistry byproducts. Kyiv: Kyiv National University of Technologies and Design. Retrieved from https://er.knutd.edu.ua/bitstream/123456789/19980/1/FOCh_2021_V3_P224-236.pdf.

[28] Shevchyk-Kostiuk, L.Z., Romanyuk, O.I., & Oschapovskyi, I.V. (2022). Peculiarities of soil contamination with oil and oil products: A review. Acta Biologica Ukrainica, 1, 32-40. doi: 10.26661/2410-0943-2022-1-04.

[29] Soil pollution a risk to our health and food security. (2020). Retrieved from https://www.unep.org/news-and-stories/story/soil-pollution-risk-our-health-and-food-security.

[30] Sploditel, A., Golubtsov, O., Chumachenko, S., & Sorokina, L. (2023). Land pollution as a result of Russia’s aggression against Ukraine. Retrieved from https://ecoaction.org.ua/wp-content/uploads/2023/03/zabrudnennia-zemel-vid-rosii1.pdf.

[31] Strokal, V.P., Berezhnyak, E.M., Naumovska, O.I., Vagalyuk, L.V., Ladyka, M.M., Serbenyuk, G.A., Palamarchuk, S.P., & Pavlyuk, S.D. (2023). The impact of Russian aggression on the state of Ukraine’s natural resources. Kyiv: National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine.

[32] Turner, N.R., Parkerton, T.F., & Renegar, D.A. (2021). Toxicity of two representative petroleum hydrocarbons, toluene and phenanthrene, to five Atlantic coral species. Marine Pollution Bulletin, 169, article number 112560. 
doi: 10.1016/j.marpolbul.2021.112560.

[33] Zabulonov, Y.L., Pugach, O.V., Kiselyov, Y.V., Odukalets, L.A., & Burtnyak, V.M. (2021). Restoration of reservoirs polluted by petroleum products using expanded graphite sorbent. Geochemistry of Technogenesis, 33.
doi: 10.15407/geotech2020.33.094.

[34] Бондаренко, Л.Ю. (2021). Using wood biomass as fertilizer to improve soils in gardens. In V All-Ukrainian scientific and practical conference “Orchard – the latest in theory and practice” (pp. 60-64). Melitopol: Dmytro Motornyi Tavria State Agrotechnological University.