Details

Synthesis of nanoporous carbon from durian and mangosteen wastes by using hydrothermal carbonization process at 180, 200, 220 and 240 degrees Celsius for 4, 8 and 12 hours together with physical activation  with carbon dioxide gas at temperatures 700, 800 and 900. degrees Celsius for 1 hour. Inspection of various properties of carbon nanocavities will use various measurement tools including XRD, FTIR, SEM, TGA, BET and TPD, etc.

Objective

ราชาแห่งผลไม้ และราชินีแห่งผลไม้ในประเทศไทยคือทุเรียน (Durian) และมังคุด (Mangosteen) ซึ่งเป็นผลไม้ที่เป็นที่นิยมและบริโภคกันอย่างแพร่หลายทั้งภายในประเทศและการส่งออกในภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ อย่างไรก็ตาม ถึงแม้ว่าจะเป็นผลไม้ที่เป็นที่นิยมสูง แต่ปัญหาจากของเสียเหลือที่เกิดขึ้นจากเปลือกทุเรียน และเปลือกมังคุดที่ไม่สามารถบริโภคได้ก็จะมีจำนวนสูงขึ้น เนื่องจากเป็นสิ่งที่บุคคลทั่วไปยังไม่รู้จักในการนำไปใช้ประ-โยขน์กันอย่างแพร่หลายมากนัก อีกทั้งยังมีน้ำหนักสูง เช่น เปลือกทุเรียน คิดเป็นน้ำหนักร้อยละ 45-60 ของน้ำหนักทุเรียนหนึ่งผล ซึ่งก่อให้เกิดของเสียเหลือทิ้งอยู่จำนวนมาก และส่งผลต่อปัญหาของสิ่งแวดล้อมได้ จากการทำการกำจัดโดยการเผาระบบเปิด ซึ่งก่อให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศ และเป็นการเพิ่มมลพิษทางอากาศสู่สิ่งแวดล้อมได้

คาร์บอนไดออกไซด์(Carbon dioxide) เป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีอยู่ทั่วไปในชั้นบรรยากาศ สามารถผลิตขึ้นตามธรรมชาติ และกิจกรรมต่างๆของสิ่งมีชีวิต เช่น การหายใจ ก๊าซไอเสียจากรถยนต์ การเผาไหม้ชีวมวล และการเผาไหม้จากโรงงานอุตสาหกรรม เป็นต้น ซึ่งเป็นหนึ่งในปัจจัยหลักที่ก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมของโลก จากการเพิ่มปริมาณของคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ ซึ่งเป็นตัวหลักในการขับเคลื่อนปรากฏการณ์เรือนกระจกสู่ภาวะโลกร้อน ดั้งนั้น จึงได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ประสิทธิภาพสูง เพื่อลดปัญหาภาวะเรือนกระจกที่เกิดขึ้นจากคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ

ในช่วงสิบปีที่ผ่านมา แนวคิดของการใช้ชีวมวลจากของเสียเหลือทางการเกษตรมาเป็นวัตถุดิบสำหรับการสังเคราะห์วัสดุให้เกิดมูลค่าได้รับความสนใจจากนักวิจัยทั่วโลก คาร์บอนนาโนโพรง (Nanoporous carbon) เป็นเทคโนโลยีการดูดซับรูปแบบหนึ่ง ซึ่งเป็นคาร์บอนที่มีคุณสมบัติความเป็นรูพรุนสูงมีค่าพื้นที่ผิวจำเพาะสูง มีขนาดรูพรุน และโครงสร้างรูพรุนในระดับนาโนเมตร และเป็นหนึ่งในวัสดุที่พบมากที่สุดจากการสังเคราะห์จากของเสียเหลือทางการเกษตร เนื่องจากเป็นวัสดุหมุนเวียน ใช้ต้นทุนต่ำ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม คาร์บอนนาโนโพรงที่มีค่าพื้นที่ผิวจำเพาะสูง สามารถสังเคราะห์ได้จากของ เสียเหลือทางการเกษตรจากแหล่งต่างๆ เช่น ใบหญ้า ชานอ้อย ไม้ไผ่ และก้านฝ้าย เป็นต้น สำหรับเปลือกทุเรียน และเปลือกมังคุดก็สามารถเป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์คาร์บอนนาโนโพรงประสิทธิภาพสูง เนื่องจากเปลือกทุเรียน และเปลือกมังคุดเป็นวัสดุของแข็งลิกโนเซลลูโลส ที่มีองค์ประกอบของเซลลูโลส เฮมิเซลลูโลส และลิกนิน ที่ประกอบด้วยคาร์บอนภายในวัสดุจำนวนมาก ส่งผลต่อกระบวนการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของคาร์บอนภายในวัสดุสูง

ในงานวิจัยนี้ ได้ใช้กระบวนการไฮโดรเทอร์มัลคาร์บอไนเซชัน (Hydrothermal carbonization) เป็นวิธีในการเตรียมโครงสร้างคาร์บอน เพื่อเป็นการเพิ่มปริมาณคาร์บอนภายในวัสดุจากการสลายตัวขององค์ประกอบลิกโนเซลลูโลสภายในวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย กระบวนการไฮโดรเทอร์มัลคาร์บอไนเซชัน หรือวิธีไพโรไลซิสแบบเปียก (Wet pyrolysis) เป็นกระบวนการให้ความร้อนแก่ระบบในช่วงอุณหภูมิระหว่าง 150 ถึง 250 องศาเซลเซียส เป็นการใช้น้ำร่วมกับองค์ประกอบลิกโนเซลลูโลสของวัสดุ ผ่านการให้ความร้อนในระบบปิด ส่งผลให้เกิดความดันไอน้ำภายในระบบ ก่อให้เกิดกระบวนการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของลิกโนเซลลูโลสในวัสดุให้เกิดการเป็นคาร์บอน ต่อมาใช้กระบวนการคาร์บอไนเซชัน หรือวิธีไพโรไลซิสแบบแห้ง (Dry pyrolysis) เป็นกระบวนการให้ความร้อนแก่ระบบในช่วงอุณหภูมิระหว่าง 400 ถึง 1,100 องศาเซลเซียส โดยปราศจากออกซิเจน ผ่านตัวกลางที่เป็นก๊าซ ในปัจจุบัน วัสดุคาร์บอนนาโนโพรงสังเคราะห์ขึ้นโดยกระบวนการกระตุ้นทางเคมี หรือการกระตุ้นทางกายภาพ ถึงแม้ว่าการกระตุ้นทางเคมีทำให้ได้วัสดุที่มีค่าพื้นที่ผิวจำเพาะที่สูง แต่กระบวนการกระตุ้นโดยการใช้สารเคมีก็มีข้อเสีย เช่น วัสดุที่สังเคราะห์ได้มีความเป็นมลพิษสูง สารมีฤทธิ์กัดกร่อนที่รุนแรง เกิดสารเคมีตกค้างบริเวณพื้นผิววัสดุ และกระบวนการล้างสารเคมีที่ยุ่งยาก ดังนั้น กระบวนการสังเคราะห์คาร์บอนนาโนโพรงโดยการกระตุ้นทางกายภาพจึงเป็นทางเลือกที่ดีสำหรับการสังเคราะห์ เนื่องจากมีความปลอดภัยในการใช้งานค่อนข้างที่สูงกว่า เนื่องจากการไม่มีสารเคมีตกค้างภายในวัสดุ โดยดำเนินการทำกระบวนการสังเคราะห์ร่วมกับการกระตุ้นทางกายภาพ (Physical activation) ซึ่งเป็นวิธีที่ถูกนำมาใช้เพื่อเป็นการเตรียมคาร์บอนนาโนโพรง โดยทั่วไปใช้ตัวทำปฏิกิริยาทางกายภาพ ได้แก่ ไอน้ำ ก๊าซไนโตรเจน และก๊าซคาร์บอนไดออก- ไซด์ แต่เนื่องจากวิธีการกระตุ้นด้วยไอน้ำ หรือก๊าซไนโตรเจน มีข้อจำกัดด้านการใช้พลังงานสูง และความเป็นรูพรุนต่ำ ดังนั้น การใช้คาร์บอนไดออกไซด์จึงถูกเลือกเป็นตัวทำปฏิกิริยาหลักสำหรับการสังเคราะห์คาร์บอนนาโนโพรง เนื่องจากมีความสะอาด ราคาถูก หาง่าย ควบคุมได้ง่าย และการได้ค่าพื้นที่ผิวจำเพาะที่สูงมากกว่าการช้ไอน้ำ หรือก๊าซไนโตรเจน

วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้ เพื่อเตรียมนคาร์บอนนาโนโพรงจากเปลือกทุเรียน และเปลือกมังคุดที่มีค่าพื้นที่ผิวจำเพาะสูง และมีโครงสร้างรูพรุนในระดับนาโนเมตร เพื่อนำมาใช้เป็นตัวดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศ ด้วยกระบวนการไฮโดรเทอร์มัลคาร์บอไนเซชัน และกระบวนการคาร์บอไนเซชั่นด้วยการกระตุ้นทางกายภาพ สำหรับคาร์บอนนาโนโพรงที่มีค่าพื้นที่ผิวจำเพาะสูงสุด และมีโครงสร้างรูพรุนในระดับนาโนเมตร จะถูกนำไปใช้ในการศึกษาประสิทธิภาพการดูดซับก๊าซคาร์บอนดออกไซด์ เพื่อเป็นการพัฒนาเปลือกทุเรียน และเปลือกมังคุด ซึ่งเป็นชีวมวลจากของเสียเหลือทางการเกษตรให้เกิดประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อม

Project Members

กฤษฎ์ นพภาลี

KRIT NOPPAREE

#นักศึกษา

Member

อภิลักษณ์ เอียดเอื้อ

Apiluck Eiad-Ua

#อาจารย์

Advisor

Vote for this Innovation!