Hydrothermal Conversion of Empty Palm Fruit Bunches into High Quality Activated Carbon
โดย วันชนะ สีสุธก
ปี 2567
บทคัดย่อ
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการแปรรูปทะลายปาล์มเปล่าด้วยกระบวนการไฮโดรเทอร์มอลและการกระตุ้นทางเคมี เพื่อผลิตเป็นไฮโดรชาร์และถ่านกัมมันต์ที่มีคุณภาพสูง รวมทั้งทดสอบการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โดยศึกษาตัวแปรในกระบวนการไฮโดรเทอร์มอล ได้แก่ อุณหภูมิ 160 200 240 และ 280 องศาเซลเซียส ระยะเวลา 2 4 6 และ 8 ชั่วโมง และสารกระตุ้น H2SO4 และH2O2 หลังจากนั้นไฮโดรชาร์ที่มีคุณภาพสูงได้ถูกนำไปผ่านกระบวนการกระตุ้นทางเคมีอีกขั้นตอนหนึ่งโดยใช้สารกระตุ้น KOH และ ZnCl2
ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า สภาวะที่ส่งผลทำให้ไฮโดรชาร์มีคุณภาพสูงคือการใช้ H2O2 เป็นสารกระตุ้น อุณหภูมิ 280 องศาเซลเซียส และเวลาทำปฏิกิริยา 2 ชั่วโมง (O-EFB240h2) ไฮโดรชาร์จากสภาวะดังกล่าวมีผลได้ผลิตภัณฑ์ร้อยละ 34.24 ปริมาณคาร์บอนคงตัวร้อยละ 71.36 พื้นที่ผิวจำเพาะ 479.19 ตารางเมตรต่อกรัม ปริมาตรรูพรุน 0.727 ลูกบาศก์เซนติเมตรต่อกรัม ขนาดรูพรุนเฉลี่ย3.06 นาโนเมตร และมีหมู่ทำหน้าที่กลุ่มออกซิเจนสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ
เมื่อนำไฮโดรชาร์ที่กระตุ้นด้วย H2SO4 ที่อุณหภูมิ 240 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2 ชั่วโมง (AEFB240h2) มาผ่านกระบวนการกระตุ้นทางเคมีด้วย KOH ที่ อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียส 1 ชั่วโมง (A-EFB240KOH) จะได้ถ่านกัมมันต์ที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะ 1,348 ตารางเมตรต่อกรัม ปริมาณปริมาตรรูพรุน 0.830 ลูกบาศก์เซนติเมตรต่อกรัม และขนาดรูพรุนเฉลี่ย 2.4 นาโนเมตร โดยถ่านกัมมันต์ดังกล่าวมีประสิทธิภาพการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ร้อยละ 3.879 โดยน้ำหนัก ซึ่งมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับถ่านกัมมันต์เชิงพานิชย์
ABSTRACT
This research aimed to study the conversion of empty palm fruit bunches (EFB) through the hydrothermal process and chemical activation to produce high-quality hydrochar and activated carbon, as well as to evaluate their carbon dioxide adsorption capacity. The study examined the hydrothermal process under various conditions, including the temperatures of 160, 200, 240 and 280 °C, the reaction time of 2, 4, 6 and 8 h, and the use of H2SO4 and H2O2 as activators. The high-quality hydrochar was also subjected to a second chemical activation process using KOH and ZnCl2 as activating agents.
The experimental results showed that the optimal conditions for producing highquality hydrochar included the use of H2O2 as an activator at 280 °C with the reaction time of 2 h (O-EFB240h2). The hydrochar obtained under these conditions had a product yield of 34.24%, a fixed carbon content of 71.36%, a specific surface area of 479.19 m²/g, a total pore volume of 0.727 cm³/g and an average pore size of 3.06 nm. Furthermore, the hydrochar showed a significant increase in oxygenate functional groups.
When the hydrochar prepared with H2SO4 at 240 °C for 2 h (A-EFB240h2) was chemically activated with KOH at 800 °C for an hour (A-EFB240KOH), the resulting activated carbon had a specific surface area of 1,348 m²/g, a pore volume of 0.830 cm³/g and an average pore size of 2.4 nm. This activated carbon showed a carbon dioxide adsorption capacity of 3.879 wt%, comparable to that of commercial activated carbon.
Download: Hydrothermal Conversion of Empty Palm Fruit Bunches into High Quality Activated Carbon