Каждый год во всем мире образуется около 20 миллионов тонн кофейной гущи, большая часть которой не перерабатывается и отправляется на свалки. В России с ростом потребления кофе объем этих отходов также увеличивается. Традиционные способы утилизации, например, 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, сравнимыми с промышленными аналогами, такими как марки активированного угля, и могут использоваться для очистки воды от тяжелых металлов и нефтепродуктов.
Статья опубликована Исследование выполнено по программе стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» и опубликовано в сборнике конференции «Химия. Экология. Урбанистика» за 2025 год.
В России и мире происходят изменения в управлении отходами: стремятся применять новые методы утилизации, сократить объем сваливаемых отходов и повысить энергоэффективность технологий.
Большое население России и популярность кофе в её городах предсказуемо ведут к росту объема образовавшихся пищевых отходов, связанных с потреблением напитка. Это указывает на доступность сырья и необходимость инновационных решений для переработки кофейной гущи.
Кофейные остатки обладают полезными свойствами. Их состав напоминает азотные удобрения, что способствует развитию корней, стебля и листьев, ускоряя рост растений. Несмотря на возможность применения кофейной гущи в качестве органоминерального удобрения и в других сферах, вторичное использование её не превышает 10–15%. Перспективным направлением утилизации растительных отходов является изготовление сорбентов для решения экологических проблем. – Магистрант кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ Валерия Швалева комментирует.
Углеродные сорбенты поглощают вредные вещества из воздуха или жидкостей благодаря своей пористой структуре. Классическими примерами служат биологически активный и католитически активный уголь (БАУ и КАУ). Их применяют для очистки стоков, питьевой воды, воздуха от токсичных газов, промышленных выбросов, а также для фильтрации систем вентиляции.
В промышленном производстве углеродных высокопористых сорбентов из растительного сырья применяют две стадии: сначала карбонизацию при температуре 500–600 °С без доступа кислорода для получения угля, а затем активацию карбонизатов водяным паром или химическими реагентами при температуре 800–900 °С для пористости и впитывания загрязнений.
Для изготовления этих «очистителей» применяют древесину, остатки с полей (шкуру орехов, косточки плодов) и даже использованные кофейные зерна.
Кофейные отходы после предварительной обработки обладают высокой способностью к поглощению веществ и эффективно очищают воду от железа, меди и нефтепродуктов. Традиционный двухстадийный метод создания сорбентов требует больших энергозатрат, времени и финансовых ресурсов из-за нагрева сырья во время карбонизации и использования дополнительного оборудования. В исследовании авторы экспериментировали с необработанными кофейными отходами, чтобы проверить возможность создания эффективного сорбента менее затратным способом.
В ходе исследований Пермского Политеха ученые изучили возможность получения углеродных сорбентов из кофейной гущи с помощью термохимического пиролиза. Образцы нового материала сравнили по свойствам с промышленными БАУ и КАУ, применяемыми для очистки сточных вод, чтобы оценить эффективность новой технологии.
Для создания сорбента предварительно смешали отходы с реагентом-активатором — гидроксидом калия.
Он ускоряет разложение сырья и улучшает качество продукта. Затем образцы подвергали пиролизу при температуре 800 °С, определяя оптимальное соотношение реагента для формирования пористой структуры и адсорбционных свойств кофейной гущи. Установлено, что при массовом отношении отход:активатор = 10:1 получается углеродный сорбент, близкий по свойствам к известным маркам — БАУ и КАУ. Это говорит о соответствии стандартам и высоком потенциале 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 гидроксида калия при изготовлении образца, сорбент с кофейными отходами становится схож по структуре и свойствам с биологически активным и католитически активным углем, который взят в качестве стандарта для проверки эффективности.
Разработанная учеными Пермского Политеха технология предлагает экологичный способ утилизации кофейной гущи, а также служит основой для производства недорогих и эффективных сорбентов. Метод не требует значительных энергетических и финансовых затрат, но способствует уменьшению воздействия человека на окружающую среду и открывает новые возможности коммерческого использования отходов.
Информация предоставлена пресс-службой ПНИПУ
Источник фото: ru.123rf.com