การศึกษาการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์บนตัวดูดซับโลหะบน ถ่านกัมมันต์ที่เตรียมจากเปลือกเม็ดบ๊วย
คำสำคัญ:
การดูดซับ , ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ , ถ่านกัมมันต์ , เปลือกเม็ดบ๊วยบทคัดย่อ
วัตถุประสงค์และที่มา : สองเรื่องเร่งด่วนที่ได้รับความสนใจศึกษาเป็นอย่างมากจากนักวิจัย คือ 1) การลดปริมาณก๊าซเรือนกระจกซึ่งก่อให้เกิดภาวะโลกร้อน โดยเฉพาะก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ที่ส่วนใหญ่เกิดจากการเผาไหม้เพื่อให้ได้พลังงาน เทคโนโลยีที่เหมาะสมสำหรับการดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์คือ การะบวนการดูดซับ และ 2) การลดขยะให้เหลือศูนย์โดยการนำกลับมาใช้ใหม่และแปรรูปเป็นสินค้า ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โดยใช้ถ่านกัมมันต์ที่เตรียมได้จากเปลือกเม็ดบ๊วยซึ่งเป็นของเหลือทิ้งจากโรงงานแปรรูปอาหาร รวมถึงศึกษาการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์บนถ่านกัมมันต์ที่มีการเติมโลหะ Zn, Cu หรือ Ce รวมทั้งโลหะร่วม CuZn และ CeZn
วิธีดำเนินการวิจัย : เปลือกเม็ดบ๊วยถูกเปลี่ยนเป็นถ่านกัมมันต์ (ASAC) โดยการกระตุ้นทางเคมีด้วยโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์และคาร์บอไนเซชันที่ 750 องศาเซลเซียส ตัวดูดซับโลหะถูกเตรียมขึ้นโดยการเติมโลหะ 1.0wt% Zn, 1.0wt% Cu หรือ 1.0wt% Ce รวมทั้งโลหะร่วมระหว่าง 0.5wt% Cu กับ 1.0wt% Zn หรือ 0.5wt% Ce กับ 1.0wt% Zn ด้วยวิธีจุ่มชุบเพื่อปรับพื้นผิวของถ่านกัมมันต์ ASAC ลักษณะรูปพรรณสัณฐานของตัวดูดซับที่เตรียมขึ้นถูกวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบ ส่องกราด ส่วนพื้นที่ผิว BET ปริมาตรรูพรุนและขนาดรูพรุนถูกวิเคราะห์ด้วยการดูดซับทางกายภาพของก๊าซไนโตรเจน สำหรับการดูดซับของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทำการศึกษาไอโซเทอมของการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ 0 องศาเซลเซียส
ผลการวิจัย : ตัวดูดซับโลหะมีพื้นที่ผิว BET เพิ่มขึ้น ยกเว้น 1.0Ce/ASAC และมีขนาดรูพรุนเล็กลงเมื่อเปรียบเทียบกับถ่านกัมมันต์ ASAC ตัวดูดซับ 1.0Zn/ASAC มีปริมาณพื้นที่ผิวสูงที่สุด (756.90 ตารางเมตรต่อกรัม) และมีขนาดรูพรุนเฉลี่ยใหญ่ที่สุด (1.90 นาโนเมตร) เมื่อเปรียบเทียบกับตัวดูดซับโลหะชนิดอื่น ๆ ผลที่ได้จากไอโซเทอมของการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส แสดงให้เห็นว่า การปรับสภาพพื้นผิวของถ่านกัมมันต์ด้วยการเติมโลหะช่วยเพิ่มปริมาณการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 1.0Zn/ASAC มีปริมาณการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 90.49 ลูกบากศ์เซนติเมตรต่อกรัม ซึ่งเป็นค่าที่สูงที่สุด รองลงมาคือ 1.0Ce/ASAC (90.01 ลูกบาศก์เซนติเมตรต่อกรัม) และ 0.5Ce1.0Zn/ASAC (89.91 ลูกบาศก์เซนติเมตรต่อกรัม) ส่วนปริมาณการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ต่ำที่สุดคือ ASAC มีค่าเท่ากับ 86.76 ลูกบาศก์เซนติเมตรต่อกรัม
สรุปผลการวิจัย : พื้นที่ผิว BET และขนาดรูพรุนของถ่านกัมมันต์ส่งผลต่อปริมาณการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ การเติมโลหะ Zn, Cu, Ce หรือโลหะร่วม CuZn และ CeZn ลงบนถ่านกัมมันต์ส่งผลให้ปริมาณการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เพิ่มสูงกว่าถ่านกัมมันต์ที่ไม่มีการเติมโลหะ ปริมาณการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของตัวดูดซับที่ศึกษาในงานวิจัยนี้เรียงลำดับได้ดังนี้คือ 1.0Zn/ASAC > 1.0Ce/ASAC > 0.5Ce1.0Zn/ASAC > 1.0Cu/ASAC > 0.5Cu1.0Zn/ASAC > ASAC
References
Acevedo, S., Giraldo, L., & Moreno-Pirajan, J. C. (2020). Adsorption of CO2 on activated carbons prepared by chemical activation with cupric nitrate. ACS Omega, 5(18), 10423-10432. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c00342
Akpasi, S. O., & Isa, Y. M. (2022). Effect of operating variables on CO2 adsorption capacity of activated carbon, kaolinite, and activated carbon–Kaolinite composite adsorbent. Water-Energy Nexus, 5, 21-28.
Daptardar, V., Koti, D., & Rajmohan, D. (2015). Adsorption of BTX vapors on activated carbon pellets prepared from waste cashew nut shell. Journal of Environmental Science and Technology, 12, 1-7.
González-Dominguez, J. M., Fernández-González, C., Alexandre-Franco, M., & Gómez-Serrano, V. (2024). Surface chemistry of cherry stone-derived activated carbon prepared by H3PO4 activation. Processes, 12(1), 149-156.
Hadoun, H., Sadaoui, Z., Souami, N., Sahel, D., & Toumert, I. (2013). Characterization of mesoporous carbon prepared from date stems by H3PO4 chemical activation. Applied Surface Science, 280, 1-7.
Hoang, T.-D., Bandh, S. A., Malla, F. A., Qayoom, I., Bashir, S., Peer, S. B., & Halog, A. (2023). Carbon-based synthesized materials for CO2 adsorption and conversion: Its potential for carbon recycling. Recycling, 8(4), 1-50.
Hosseini, S., Bayesti, I., Marahel, E., Babadi, F. E., Abdullah, L. C., & Choong, T. S. (2015). Adsorption of carbon dioxide using activated carbon impregnated with Cu promoted by zinc. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 52, 109-117.
Jansri, N., & Santikunaporn, M. (2021). The Studies of Carbonization Temperature and Amount of Phosphoric Acid on Phenol Adsorption on Activated Carbon Prepared from Apricot Stones. The Journal of King Mongkut's University of Technology North Bangkok, 32(1), 26-37. doi:10.14416/j.kmutnb.2021.03.004 (in Thai)
Jin, S., Bang, G., Liu, L., & Lee, C.-H. (2019). Synthesis of mesoporous MgO–CeO2 composites with enhanced CO2 capture rate via controlled combustion. Microporous and Mesoporous Materials, 288, 109-117.
Kozhukharov, S., Girginov, C., Tsanev, A., & Boshkova, N. (2022). Synergistic effect of Zn electrodeposition and cerium conversion coating on the corrosion performance of low carbon steel. Applied Surface Science, 602, 154-164.
Lee, S.-Y., & Park, S.-J. (2013). Determination of the optimal pore size for improved CO2 adsorption in activated carbon fibers. Journal of Colloid and Interface Science, 389(1), 230-235.
Li, P. Z., & Zhao, Y. (2013). Nitrogen‐Rich Porous Adsorbents for CO2 Capture and Storage. Chemistry–An Asian Journal, 8(8), 1680-1691.
Lin, Y., Xu, Y., Loh, C. H., & Wang, R. (2018). Development of robust fluorinated TiO2/PVDF composite hollow fiber membrane for CO2 capture in gas-liquid membrane contactor. Applied Surface Science, 436, 670-681.
Majchrzak, A., & Nowak, W. (2017). Separation characteristics as a selection criteria of CO2 adsorbents. Journal of CO2 Utilization, 17, 69-79.
Rubin, E., Meyer, L., & De Coninck, H. (2005). IPCC special report on carbon dioxide capture and storage: Prepared by Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge, UK.
Smykowski, D., Szyja, B., & Szczygiel, J. (2013). DFT modeling of CO2 adsorption on Cu, Zn, Ni, Pd/DOH zeolite. Journal of Molecular Graphics and Modelling, 41, 89-96.
Somy, A., Mehrnia, M. R., Amrei, H. D., Ghanizadeh, A., & Safari, M. (2009). Adsorption of carbon dioxide using impregnated activated carbon promoted by Zinc. International Journal of Greenhouse Gas Control, 3(3), 249-254.
Suphasuta Dueanchai. (2021). Modified activated carbon from apricot stones for hydrogen sulfide removal In B.E. thesis. (pp72). Pathumthani : Thammasat University, THAILAND.
Wang, M., Joel, A. S., Ramshaw, C., Eimer, D., & Musa, N. M. (2015). Process intensification for post-combustion CO2 capture with chemical absorption: A critical review. Applied Energy, 158, 275-291.
Wickramaratne, N. P., & Jaroniec, M. (2013). Activated carbon spheres for CO2 adsorption. ACS applied materials & interfaces, 5(5), 1849-1855.
Younas, M., Leong, L. K., Mohamed, A. R., & Sethupathi, S. (2016). CO2 adsorption by modified palm shell activated carbon (PSAC) via chemical and physical activation and metal impregnation. Chemical Engineering Communications, 203(11), 1455-1463.
Zhang, Y., Li, Z., Zhao, B., Wang, Z., & Liu, J. (2024). Ce ions and polyaniline co-intercalation into MOF-derived porous V2O5 nanosheets with a synergistic energy storage mechanism for high-capacity and super-stable aqueous zinc-ion batteries. Journal of Materials Chemistry A, 12(3), 1725-1735.
Downloads
เผยแพร่แล้ว
How to Cite
ฉบับ
บท
License
Copyright (c) 2024 คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Burapha Science Journal is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0) licence, unless otherwise stated. Please read our Policies page for more information
