การศึกษาความเป็นไปได้ทางเทคนิคของการใช้ถ่านชาร์จาก กระบวนการไพโรไลซิสแบบเร็วเป็นสารดูดซับมลพิษอากาศในอาคาร Technical Feasibility Study of Char from Fast-Pyrolysis as Adsorbent for Removing Indoor Air Pollutant

Main Article Content

มณีรัตน์ องค์วรรณดี
ทับทิม ชาติสุวรรณ์
อดิศักดิ์ ปัตติยะ

Abstract

บทคัดย่อ


          งานวิจัยนี้ศึกษาสมบัติกายภาพและเคมีของถ่านชาร์จากกระบวนการไพโรไลซิสแบบเร็วของชีวมวล 2 ชนิด ได้แก่ ขี้เลื่อยไม้และไม้กระถินยักษ์ เพื่อใช้ถ่านชาร์เป็นสารดูดซับมลพิษอากาศในอาคาร ทำการทดสอบสมบัติของถ่านชาร์ ได้แก่ ไอโซเทอมการดูดซับก๊าซโทลูอีนซึ่งใช้เป็นตัวแทนมลพิษอินทรีย์ระเหย ค่าไอโอดีน พื้นที่ผิวจำเพาะและรูพรุน หมู่ฟังก์ชันบนพื้นผิว และโครงสร้างอสัณฐานวิทยาด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราด และเปรียบเทียบกับถ่านกัมมันต์ที่ผลิตเชิงพาณิชย์จากกะลามะพร้าวและยูคาลิปตัส  ผลการวิเคราะห์ไอโซเทอมฟรุนดลิชพบว่าถ่านชาร์ทั้งสองมีลักษณะการดูดซับดี ถ่านชาร์ไม้กระถินยักษ์ให้ค่าความจุจำเพาะของการดูดซับและเลขยกกำลังฟรุนดลิชใกล้เคียงกับถ่านกัมมันต์เชิงพาณิชย์ ค่าไอโอดีนของถ่านชาร์ขี้เลื่อยไม้และไม้กระถินยักษ์เท่ากับ 731 และ 802 มก./กรัม ตามลำดับ โดยถ่านชาร์ไม้กระถินยักษ์มีพื้นที่ผิวจำเพาะและเส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนมากกว่าถ่านชาร์ขี้เลื่อยไม้ประมาณ 2 เท่า สอดคล้องภาพถ่ายกล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดที่แสดงให้เห็นรูพรุนของถ่านชาร์ไม้กระถินยักษ์มีลักษณะคล้ายคาปิลารีและช่องเปิดใหญ่กว่า หมู่ฟังก์ชันบนพื้นผิวบนถ่านชาร์ทั้งสองมีพันธะหมู่อะโรมาติก จากสมบัติดังกล่าวสามารถนำถ่านชาร์ไม้กระถินยักษ์ไปใช้เป็นสารดูดซับมลพิษอากาศประเภทสารอะโรมาติกได้โดยตรง รวมทั้งการนำถ่านชาร์มาผ่านกระบวนการกระตุ้นผลิตเป็นถ่านกัมมันต์เพื่อปรับปรุงพื้นผิวการดูดซับและเพิ่มหมู่ฟังก์ชันบนพื้นผิวให้มีความสามารถในการดูดซับกลิ่นหรือสารมลพิษอากาศประเภทอื่น


 คำสำคัญ: ถ่านชาร์ ไพโรไลซิส สารดูดซับ สารอินทรีย์ระเหย การเพิ่มมูลค่า   


Abstract


          This research was to characterize physical and chemical properties of char obtained from fast pyrolysis of two biomass types, i.e. sawdust and acacia wood, in order to use char as an adsorbent for removal of indoor air pollutants. Studied chars were tested as follows: adsorption isotherm for gaseous toluene used as a representative of a volatile organic compound, iodine number, specific surface area and pore characteristics, functional groups on the surface, and morphology by scanning electron microscopy (SEM). The Freundlich isotherm indicated that both chars provided favorable adsorption isotherms. The acacia-wood char had specific adsorption capacity and Freundlich isotherm exponent closer to the activated carbon. Iodine numbers of the acacia-wood and sawdust chars were 731 and 802 mg/g, respectively. The specific surface area and mean pore size of the acacia-wood char were twice as large as those of the sawdust char. These results agreed with SEM images that showed capillary-like pores and greater open pores found in the acacia-wood char than in the sawdust char. The similar functional group of aromatic bonds was observed on the surfaces of both chars. According to these properties, the acacia-wood char is capable of directly using as an adsorbent for removing aromatic indoor pollutants. Furthermore, improvement of the char properties by activation and addition of particular functional groups on the surfaces can increase the char ability to adsorb odors and other air pollutants.


 Keywords: char, pyrolysis, adsorbent, volatile organic compounds, value-added

Article Details

Section
Articles

References

[1] Bridgwater AV. Review of fast pyrolysis of biomass and product upgrading. Biomass and Bioenergy. 2012;38:68-94.
[2] Jenkins LP, Phillips JT, Molberg SE, Hui PS. Activity patterns of californians: use of and proximity to indoor pollutant sources. Atmospheric Environment. 1992;26A:2141-3148.
[3] United States Environmental Protection Agency [Internet]. Why indoor air quality is important to schools. 2017 [cited 2017 December 20]. Available from: https://www.epa.gov/iaq-schools/why-indoor-air-quality-important-schools.
[4] Hedge A. Work-related illness in offices: a proposed model of the sick building syndrome. Environmental International. 1989;15:143-158.
[5] Ten Brinke J, Selvin S, Hodgson TA, Fisk JW, Mendell JM, Koshland PC, Daisey MJ. Development of new volatile organic compound (VOC) exposure metrics and relationship to sick building syndromes. Indoor Air. 1989;8:140-152.
[6] Godish T. Indoor air pollution control. Michigan: Lewis; 1989.
[7] Tieosuwan P. Designing a range of home decoration products that help eliminate unwanted odor and absorb humidity condominium by utilizing the attributes of charcoal [master’s independent study]. Nakhon Pathom: Silpakorn University; 2014.
[8] Ongwandee M, Moonrinta R, Panyame theekul S, Tangbanluekal C, Morrison G. Investigation of volatile organic compounds in office buildings in Bangkok, Thailand: concentrations, sources and occupant symptoms. Building and Environment. 2011;46:1512-1522.
[9] DiGiano FA, Weber WJ. Process dynamics in environmental systems. New York: Wiley & Sons; 1996.
[10] Berthouex PM, Brown LC. Statistics for environmental engineering. Florida: Lewis; 1994.
[11] American Society for Testing and Materials. ASTM D4607-86 Standard test method for determination of iodine number of activated carbon. Philadelphia: ASTM Committee on Standards; 1986.
[12] Katesa J. Effects of carbonization temperature on properties of chars and activated carbon from coconut shell [master’s thesis]. Nakhon Ratchasima: Suranaree University of Technology; 2013.
[13] Thai Industrial Standard. TIS 900-2547 activated carbon. Bangkok: Thai Industrial Standard Institute; 2004.
[14] Friedel RA, Hofer LJE. Spectral characterization of activated carbon. The Journal of Physical Chemistry. 1970;74:2921-2922.
[15] Abugu HO, Okoye PAC, Ajiwe VIE, Omuku PE, Umeobika UC. Preparation and charac-terization of activated carbon produced from oil bean (Ugba or Ukpaka) and snail shell. Environmental Analytical Chemistry. 2015;2:1-17.