Modification of Water Hyacinth-derived Biochar by Radiation for Carbon Dioxide Adsorption
โดย ธินัดดา พลล้ำ
ปี 2565
บทคัดย่อ
การกำจัดขยะเหลือทิ้งด้วยวิธีดั้งเดิมส่งผลเสียต่อมลภาวะทางอากาศ ในการวิจัยนี้จึงได้นำผักตบชวามาแปรสภาพเป็นถ่านกัมมันต์ โดยเริ่มจากการปรับสภาพผักตบชวาด้วยรังสีอิเล็กตรอนจากนั้นผักตบชวาถูกเปลี่ยนเป็นถ่านชีวภาพโดยการไพไรไลซิสที่อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียส ภายใต้บรรยากาศของไนโตรเจน และปรับปรุงคุณสมบัติด้วยยูเรียผ่านวิธีไฮโดรเทอร์มอล ผลการทดลองพบว่าปริมาณไนโตรเจนของถ่านชีวภาพ เพิ่มขึ้นประมาณ 2-3%หลังจากการเติมยูเรียด้วยวิธีไฮโดรเทอร์มอล หลังจากการฉายรังสีที่ 400 kGy ถ่านชีวภาพมีพื้นที่ผิวเพิ่มขึ้นจาก 152m2/g เป็น 462 m2/g แต่อย่างไรก็ตามเคมีพื้นผิวและองค์ประกอบของไนโตรเจนมีผลต่อสภาพความเป็นกรดของถ่านชีวภาพส่งผลให้การดูดซับ CO2 ลดลง
ตัวอย่างถ่านชีวภาพจากผักตบชวา (WHBC) ได้นำมาพัฒนาและเปรียบเทียบกับถ่านยูคาลิปตัสจากวิสาหกิจชุมชน เพื่อเพิ่มมูลค่าเศษถ่านเหลือใช้ โดยถูกนำมากระตุ้นด้วยโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ให้เป็นถ่านกัมมันต์และปรับปรุงคุณสมบัติทางเคมีด้วยแอมโมเนียผ่านการฉายรังสีแกมมาและวิธีไฮโดรเทอร์มอล หลังการกระตุ้นและปรับปรุงคุณสมบัติ วิธีไฮโดรเทอร์มอลมีปริมาณไนโตรเจนสูงกว่าการฉายรังสีแกมมา อย่างไรก็ตามตัวอย่าง WHAC ที่ผ่านการฉายรังสีแกมมา มีพื้นที่ผิวสูงถึง 1765.52 m2/g ซึ่งมากกว่าวิธีไฮโดรเทอร์มอล และถ่านชีวภาพดั้งเดิม
นอกจากนี้ตัวอย่างถ่านกัมมันต์ถูกทดสอบการดูดซับสีย้อมเมทิลีนบลูที่ความเข้มข้นต่างๆ พบว่าความเข้มของสีย้อมเมทิ ลีนบลูที่ 150 ppm ตัวอย่างถ่านกัมมันต์ทำปฏิกิริยาการดูดซับได้ดีที่สุด ตัวอย่างถ่านกัมมันต์จากสองแหล่ง ชีวมวลที่ผ่านการปรับปรุงด้วยรังสีแกมมา (WHGACN 565.15 mg/g และ EUGACN 552.16 mg/g) มีแนวโน้มดูดซับสีย้อมเมทิลีนบลูได้ดีกว่าวิธีไฮโดรเทอร์มอล และถ่านกัมมันต์จากการวิจัยอื่นๆ และไอโซเทอร์มการดูดซับของถ่านชีวภาพและถ่านกัมมันต์เป็นการดูดซับทางเคมีแบบชั้นเดียวโดยไม่มีความแตกต่างระหว่างแหล่งชีวมวลทั้งสองประเภท
Abstract
The traditional waste incineration negatively affects air pollution. In this research, water hyacinth (WH) was transformed into activated carbon (AC) by different approaches. The process started with electron irradiation. Then, the biomass was converted to biochar (BC) by pyrolysis at 800 °C under nitrogen atmosphere and modified by urea under hydrothermal method. As a result, the urea modification increased the nitrogen content of BC approximately 2-3%. After electron irradiation at 400 kGy, surface area of the BC increased from 152 m2/g to 462 m2/g. However, the surface chemistry and nitrogen composition had an effect on the acidity of the BC resulting in the decrease in CO2 adsorption.
WHBC was developed and compared with eucalyptus BC from community enterprises to enhance the value of biochar fragments. Both BCs were activated with potassium hydroxide to form ACs. Then, their chemical properties were modified with ammonium hydroxide through gamma irradiation and hydrothermal methods. After the activation and modification, the hydrothermal method yielded a higher nitrogen content than that of gamma irradiation; however, the WHAC from gamma radiation resulted in a higher surface area of 1765.52 m2/g.
Furthermore, AC samples were tested for the adsorption capabilities of methylene blue dye at various concentrations. The results showed that the best adsorption performance was at 150 ppm concentration. The AC samples from different sources under gamma irradiation (WHGACN 565.15 mg/g and EUGACN 552.16 mg/g) exhibited higher adsorption of methylene blue dye than those of the hydrothermal method and other types of BC. In addition, the adsorption isotherms of BC and AC were monolayer chemical adsorption with no distinction between these two biomass sources.
Download: Modification of Water Hyacinth-derived Biochar by Radiation for Carbon Dioxide Adsorption