การศกษาความเปนไปไดในการผลตถานกมมนตจากกะลาปาลมโดยกระบวนการกระตนดวยสารเคมFeasibility study on activated carbon production from palm oil shell by chemical activation method

งานวจยนมวตถประสงคเพอศกษาความเปนไปไดในการเตรยมถานกมมนตจากกะลาปาลมดวยวธทางเคม ผลการทดลองพบวาเมอน ากะลาปาลม และถานจากกะลาปาลมไปตรวจสอบดวยเครอง Thermogravimetric analysis (TGA) พบวากะลาปาลม มปรมาณสารระเหยได ปรมาณคารบอน และปรมาณเถา เทากบ 70.00%, 29.05% และ 0.95% ตามล าดบ สวนถานชารจากกะลาปาลม มคาปรมาณสารระเหยได ปรมาณคารบอน และปรมาณเถา เทากบ 11.80%, 81.60% และ 6.60% ตามล าดบ โดยมคารอยละของผลผลต (yield) เทากบ 35.58% การเตรยมถานกมมนต เมอใชอณหภม อตราสวนตวกระตนตอชาร (Activator:char) และเวลาในการกระตนเพมมากขนจะสงผลให คารอยละของผลผลต (yield) มแนวโนมลดลง อกทงสงผลตอขนาดผลตภณฑถานกมมนตทได การเลอกสภาวะทเหมาะสมในการเตรยมถานกมมนตจะพจารณาจากคณสมบตของถานกมมนต ความสามารถในการดดซบ ขนาดของถาน รวมถงปจจยอนๆ ทสงผลตอการเตรยมถานกมมนต ซงพบวาสารเคมทมความเหมาะสมส าหรบการกระตน คอ โซเดยมไฮดรอกไซด โดยมสภาวะในการกระตนทอณหภม 900 องศาเซลเซยส อตราสวนตวกระตนตอชาร 2:1 เปนเวลา 2 ชวโมง ซงมคาไอโอดน นมเบอรสงถง 1,386 มลลกรมตอกรม และสามารถก าจดเมทลนบลได 54.6% สวนกรณทใชโพแทสเซยมไฮดรอกไซด ในการกระตนทสภาวะ 900 องศาเซลเซยส อตราสวนตวกระตนตอชาร 2:1 เปนเวลา 1 ชวโมง มคาไอโอดนนมเบอร 871 มลลกรมตอกรม และสามารถก าจดเมทลนบลได 54.3% ผลการศกษาสญฐานวทยาดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM) แสดงใหเหนวาถานกมมนตมรพรนหลายขนาดเกดขนเมอเทยบกบถานชาร และมจ านวนรพรนเพมมากขน ผลการทดสอบไอโซเทอรมการดดซบไนโตรเจน (N2 adsorption isotherm) พบวารพรนของถานกมมนตสวนใหญเปนรพรนขนาดเลก และทอณหภมการกระตนท 900 °C ถานกมมนตจะมปรมาตรรพรนสงทสด

สถาพร บงทอง1, วาทรอยตร สงวนศกด ศรพลง1*, ดร. ดรณ อศวเสถยร2, กตตพงษ หรมฉ า2

1สาขาวชาเคม คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยราชภฏอบลราชธาน 2 ถ.ราชธาน ต.ในเมอง อ.เมอง จ.อบลราชธาน 340002ศนยเทคโนโลยโลหะและวสดแหงชาต 114 อทยานวทยาศาสตรประเทศไทย ถ.พหลโยธน ต.คลองหนง อ.คลองหลวง จ.ปทมธาน 12120

Sathaporn Bhungthong1, Sanguansak Sriphalang1*, Dr.Darunee Aussawasathien2, Kittipong Hrimchum2

1 Program in Chemistry, Faculty of Science, Ubon Ratchathani Rajabhat University, 2 Ratchathani Rd., Nai-Muang, Muang, Ubon Ratchathani, 34000, Thailand. 2 National Metal and Materials Technology Center, 114 Thailand Science Park, Paholyothin Rd., Klong 1, Klong Luang, Pathumthani, 12120, Thailand.

บทคดยอ

บทน า ถานกมมนต (Activated carbon) คอ ถานทมคณสมบตดดซบส กลน รสบางชนดไดเปนอยางด เนองจากถานเปนวสดทมโครงสรางเปนรพรน (Porous material) และสามารถเพมปรมาตรของรพรนใหสงขนดวยในขนตอนการกระตน หรอ การกอกมมนต (Activation) การเตรยมถานกมมนตสามารถแบงได 2 ขนตอน คอ ขนตอนการเตรยมใหเปนถาน (Carbonization) และขนตอนของการกระตน โดยขนตอนของการกระตนสามารถแบงได 2 ลกษณะ คอ การกระตนทางกายภาพ (Physical activation) และการกระตนทางเคม (Chemical activation) ในชวงแรกของการผลตถานกมมนตจะใชถานหนมาใชเปนวตถดบ แตภายหลงถานหนเรมมราคาสง อกทงเปนวสดทใชแลว หมดไป จงมการน าเอาวสดชวมวลธรรมชาต และผลพลอยไดจากอตสาหกรรมเขามาใชเปนวตถดบในการผลตถานกมมนตเพอลดตนทนของถานกมมนตใหลดลง และยงสามารถปลกทดแทนได ตวอยางเชน ชานออย เหงามนส าปะหลง กะลามะพราว กะลาปาลม กากเมลดกาแฟ แกลบ ฯลฯ ในงานวจยครงนใช กะลาปาลม (Palm shell) เปนวตถดบในการเตรยมถานกมมนต เนองจากเปนวสดทมปรมาณคารบอนสง คลายคลงกบกะลามะพราว และนอกจากนงานวจยยงศกษาตวแปรอนๆ ทมผลตอคณสมบตของถานกมมนต เชน อตราสวนของสารเคม ทใชในการกระตน อณหภมทใชในการกระตน และเวลาทใชในการกระตน โดยสารเคมทใชเปนตวกระตน (Activator) ในงานวจยน คอโซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) และโพแทสเซยมไฮดรอกไซด (KOH) เนองจากมราคาถก หาไดงาย และยงเปนตว Dehydrating reagent ทดเพราะชวยในการแตกสลายพนธะ สงผลใหถานกมมนต ทไดม ความเปนรพรนทสง และยงเปนการประหยดตนทนในสวนของสารเคมทใชอกดวย

วตถประสงค1. ศกษาความเปนไปไดในการผลตถานกมมนตชนดเมดจากกะลาปาลมโดยกระบวนการกระตนดวยสารเคม2. ศกษาสภาวะรวมถงปจจยตางๆ ทมอทธพลในการผลตถานกมมนตจากกะลาปาลม3. ศกษาประสทธภาพ และคณสมบตดานการดดซบของถานกมมนตทเตรยมได4. เพอเปนการเพมมลคาของกะลาปาลม และลดตนทนในการผลตถานกมมนต

สรปผลการทดลอง จากการทดลอง สามารถสรปไดวามความเปนไปไดทจะผลตถานกมมนตจากกะลาปาลม โดยกระบวนการกระตนดวยโซเดยมไฮดรอกไซด และโพแทสเซยมไฮดรอกไซด เนองจากถานกมมนตทเตรยมไดมคาไอโอดนนมเบอรผานเกณฑมาตรฐานของกระทรวงอตสาหกรรม ซงไดก าหนดไวท 600 - 1000 มลลกรมตอกรม จากผลของ SEM แสดงใหเหนวาถานกมมนตมรพรนหลายขนาดเกดขนเ กะลาปาลมมความความเหมาะสมในการเตรยมถานกมมนต ซงสามารถเพมมลคาใหกบวสดเหลอใชใหเกดประโยชนสงสด

อางอง1. André L. Cazetta et al. (2011). NaOH-activated carbon of high surface area produced from coconut shell:Kinetics and equilibrium

studies from the methylene blue adsorption, Chemical Engineering Journal, 174. 117– 1252. ภทรา ปญญวฒนกจ. (2540). การผลตถานกมมนตจากกะลาปาลมน ามน : กระตนดวยไอน าอมตวยงยวด. วทยานพนธวทยาศาสตร

มหาบณทต มหาวทยาลยมหดล.

กตตกรรมประกาศ ขอขอบพระคณอาจารยวาทรอยตรสงวนศกด ศรพลง และดร.ดรณ อศวเสถยร (นกวจยศนยโลหะและวสดแหงชาต) อาจารยทปรกษางานวจย ขอขอบคณนายออด ศรมะณ นายธานนท บวทอง (เจาหนาทหองปฏบตการเคมมหาวทยาลยราชภฏอบลราชธาน) นายกตตพงษ หรมฉ า (ผชวยนกวจยประจ าศนยโลหะและวสดแหงชาต) ทไดใหค าแนะน า รวมทงอ านวยความสะดวกในการปฏบตงานวจย ขอขอบคณโครงการ YSTP (รหสทน SP-57-MT09) ส านกงานพฒนาวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงชาต (สวทช) ทใหทนสนบสนนโครงการวจยครงน ขอบคณเพอนๆ สาขาวชาเคมทความชวยเหลอรวมทงค าแนะน า และขอกราบขอบพระคณคณาจารยในสาขาวชาเคม ทกทานทใหค าแนะน าในการด าเนนงานวจยในครงน

ผลการทดลอง

218

499

0

100

200

300

400

500

600

Iodine

numb

er

temperature (°C)

ความสมพนธระหวางคาไอโอดนนมเบอร และอณหภมในการกระตน

NaOH KOH

1389

871

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1 2 3

Iodi

ne nu

mbe

r

Hold time (hr.)

ความสมพนธระหวางคาไอโอดนนมเบอร และเวลาในการกระตน

NaOH KOH

1149

871

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Iodi

ne n

umbe

r

Impregnation ratios (Activator:char)

ความสมพนธระหวางคาไอโอดนนมเบอร และอตราสวนของ Activator:char

NaOH KOH

Iodine number

Methylene blue adsorption

48.10

50.29

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

รอยละก

ารดด

ซบ

Temperature (°C)

ความสมพนธระหวางคารอยละการดดซบ และอณหภมในการกระตน

NaOH KOH

49.54

54.03

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

รอยละก

ารดด

ซบ

Impregnation ratios (Activator:char)

ความสมพนธระหวางคารอยละการดดซบ และอตราสวนของ Activator:char NaOH KOH

54.63

52.94

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

1 2 3

รอยละก

ารดด

ซบ

Hold time (hr.)

ความสมพนธระหวางคารอยละการดดซบ และเวลาในการกระตน

NaOH KOH

ผลการทดสอบดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM)

AC, 900-1-2 KOHAC, 900-2-2 NaOHPalm shell Char

Yield

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

%yi

eld

Temperature (°C)

ความสมพนธระหวางรอยละของผลผลต และอณหภมในการกระตนNaOH KOH

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

%yi

eld

Impregnation ratios (Activator:char)

ความสมพนธระหวางคารอยละของผลผลต และอตราสวนของ Activator:char NaOH KOH

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

%yi

eld

Hold time (hr.)

ความสมพนธระหวางคารอยละของผลผลต และเวลาในการกระตนNaOH KOH

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0.1 1 10 100 1000

Pore

Volu

me

, cm

3/g

Pore Diameter , nm

500 C

600 C

700 C

800 C

900 C

1000 C

0

50

100

150

200

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Ad

sorb

ed V

olu

me

at

ST

P (

cm

3g

-1)

Relative Pressure , P/Po

500 C

600 C

700 C

800 C

900 C

1000 C

ไอโซเทอรมการดดซบไนโตรเจนของถานกมมนตทเตรยมดวย NaOH ทอณหภมตางๆ (N2 adsorption isotherm)

วธการทดลอง

***หมายเหต อตราการใหความรอนทใชคอ 10 °C/minuteในขนตอนของการ Activated จะมการ Flow กาซ N2 100 ml/minuteขนตอนของการทดสอบจะใชถานกมมนตขนาด 0.5 - 1.0 มลลเมตร

เตรยมกะลาปาลมโดยน ามาลางท าความสะอาด และบดใหไดขนาด ประมาณ 5 mm.

น าเขากระบวนการเพมสดสวนคารบอน (Carbonization) ท 500 °C ,

2 ชงโมง

ถานทไดจะมลกษณะสด า เรยกวา “Charcoal”

น า Charcoal ขนาด 0.5-1 mm. ผสมกบตวกระตน (Activator) อตราสวน1:1 น าแลวไปเผาให

ความรอนท 500-1000 °C, 1 ชวโมง

ถานทเผาเสรจในขนตอนนเรยกวา

“Activated carbon”

น ามาลางเอาตวกระตนออกไป โดยใช 0.1 M HCl รวมกบน ารอน ลางจนมคา pH ประมาณ 7

น าถานกมมนตมาทดสอบไอโอดนนมเบอร ปรมาตรรพรน พนทผว ฯ เพอเลอกอณหภม

ทเหมาะสมเพอศกษาในขนตอไป

เตรยม Activator : Charcoal อตราสวน 2:1, 3:1 น าไปเผาทอณหภมทเลอกวาเหมาะสม, เปนเวลา 1 ชวโมง

ถานกมมนตทเตรยมเสรจจะถกทดสอบ และเลอกอตราสวนทเหมาะสมเพอศกษาขนตอไป

ทดสอบไอโอดนนมเบอร ปรมาตรรพรน พนทผว ฯ เพอพจารณาเวลาทเหมาะสม

เตรยม Activator : Charcoal ในอตราสวนทเลอกวาเหมาะสม น าไปเผาทอณหภมทเลอกศกษา โดยขนตอนนจะควบคมเวลาในการกระตนเพมเปน 2 และ 3 ชวโมง

ทราบสภาวะทเหมาะสมในการเตรยมถานกมมนต