ด้วยซีโอไลต์มาตรฐานชน ิด4a - su...บ ณฑ ตว...

การดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนในกาซผสมสงเคราะห ดวยซโอไลตมาตรฐานชนด 4A

โดย นางสาวภาวณ ตาลเถอน

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญาวทยาศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวทยาศาสตรสงแวดลอม ภาควชาวทยาศาสตรสงแวดลอม

บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร ปการศกษา 2556

ลขสทธของบณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร

สำนกหอ

สมดกลาง

ADSORPTION OF CARBON DIOXIDE AND NITROGEN IN THE MIXTURE OF

SYNTHETIC GAS ON STANDARD ZEOLITE 4A

By

Miss Pawanee Tantuan

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree

Master of Science Program in Environmental Science

Department of Environmental Science

Graduate School, Silpakorn University

Academic Year 2013

Copyright of Graduate School, Silpakorn University

สำนกหอ


บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร อนมตใหวทยานพนธเรอง “การดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนในกาซผสมสงเคราะหดวยซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ” เสนอโดย นางสาวภาวณ ตาลเถอน เปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญาวทยาศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวทยาศาสตรสงแวดลอม

........................................................ (ผชวยศาสตราจารย ดร.ปานใจ ธารทศนวงศ) คณบดบณฑตวทยาลย

วนท..........เดอน.................... พ.ศ........... อาจารยทปรกษาวทยานพนธ 1. รองศาสตราจารย ดร.กณฑรย ศรพงศพนธ อาจารยทปรกษาวทยานพนธหลก 2. ดร. เรวด อนวฒนา อาจารยทปรกษาวทยานพนธรวม คณะกรรมการตรวจสอบวทยานพนธ .................................................... ประธานกรรมการ (รองศาสตราจารย ดร. มลลกา ปญญาคะโป) ............/......................../.............. .................................................... กรรมการ (อาจารย ดร. ประภา โซะสลาม) ............/......................../.............. .................................................... กรรมการ (รองศาสตราจารย ดร. กณฑรย ศรพงศพนธ) ............/......................../.............. .................................................... กรรมการ (ดร. เรวด อนวฒนา) ............/......................../..............

สำนกหอ


ง

52311314 : สาขาวชาวทยาศาสตรสงแวดลอม คาสาคญ : ซโอไลตมาตราฐานชนด A / การดดซบ / กาซคารบอนไดออกไซด / กาซไนโตรเจน ภาวณ ตาลเถอน : การดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนในกาซผสมสงเคราะห ดวยซโอไลตมาตรฐานชนด 4A. อาจารยทปรกษาวทยานพนธ : รศ. ดร.กณฑรย ศรพงศพนธ. 103 หนา. งานวจยนทดลองประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนในกาซผสมสงเคราะห (CO2:N2 = 40:60) ดวยซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และซโอไลตซงปรบปรงคณภาพดวยวธการตงกวนในสารละลายเกลอคลอไรดแตละชนด ไดแก LiCl, KCl, CsCl, MgCl2 และ CaCl2.2H2O ทความเขมขน 1, 3 และ 5 โมลตอลตร โดยทดสอบกบคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว ทอณหภมหอง (27 องศาเซลเซยส) ปจจยตางๆ ททาการศกษา ไดแก ความดน (1, 2 และ 3 บรรยากาศ) อตราการไหลเขาตออตราการไหลออก (0.14, 0.16, 0.2, 0.25, 0.28, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 1, และ 2) ผลของไอออนบวก (Li+, K+, Cs+, Mg2+ และ Ca2+) เวลาสมผส (0-200 นาท) พบวาสภาวะทเหมาะสมคอ ใชซโอไลต 4A ทปรบปรงคณภาพดวยสารละลายลเทยมคลอไรดทความเขมขน 1 โมลตอลตร (Li-A) ใหประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนสงสด คอ รอยละ 95.39±0.01 และรอยละ 49.07±0.02 ตามลาดบ ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตออตราการไหลออกเทากบ 1 ระยะเวลาในการดดซบ 15.35 นาท/รอบ ระยะเวลาครบรอบการดดซบกาซทยงสามารถใชไดคอ 5 รอบ สวนผลการศกษาการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด ไนโตรเจน และมเทนในกาซชวภาพสงเคราะห (N2:CO2:CH4 = 20:30:50) ดวยเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน ทอณหภมหอง (27 องศาเซลเซยส) ดวยสภาวะทเหมาะสมทไดจากการทดลองดวยคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว พบวา คอลมน A และ B ใชเวลาครบรอบการดดซบ เทากนคอ 16 นาท/รอบ ระยะเวลาครบรอบทสามารถใชในการดดซบกาซสาหรบคอลมน A และ B มคาเทากน คอ 7 รอบ และมประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจน สาหรบคอลมน A เทากบรอยละ 98.73±0.02 และ 53.92±0.03 ตามลาดบ และสามารถเพมปรมาณกาซมเทนไดถงรอยละ 88.35±0.01 สวนคอลมน B มประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และไนโตรเจน เทากบรอยละ 97.03±0.04 และ 53.76±0.01 ตามลาดบ และสามารถเพมปรมาณกาซมเทนไดถงรอยละ 87.87±0.01 อกทงพบวา การใชเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมนมประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดในกาซชวภาพสงเคราะหสงกวาการดดซบดวยคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว ภาควชาภาควชาวทยาศาสตรสงแวดลอม บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร ลายมอชอนกศกษา .............................................. ปการศกษา 2556 ลายมอชออาจารยทปรกษาวทยานพนธ ..............................................

สำนกหอ


จ

52311314 : MAJOR : ENVIRONMENTAL SCIENCE

KEY WORD : STANDARD ZEOLITE 4A / ADSORPTION / CARBON DIOXIDE / NITROGEN

ADSORPTION OF CARBON DIOXIDE AND NITROGEN IN THE MIXTURE OF

SYNTHETIC GAS ON STANDARD ZEOLITE 4A. THESIS ADVISOR : ASSOC. PROF. GUNTHAREE

SRIPONGPUN, Ph.D. 103 pp.

This research studied the adsorption efficiency of carbon dioxide and nitrogen gases in the mixture

of synthetic gas (CO2:N2 = 40:60) by using standard zeolite A and standard zeolite A modified by ion

exchange of NaA zeolite with alkali cations of 1, 3 and 5 M chloride salt solutions (LiCl, KCl, CsCl, MgCl2 and CaCl2) during stirring process. The adsorption test on these zeolite adsorbents were performed by using single

adsorption column at room temperature (27 C). The parameters including adsorbent type (Li+, Na+ K+, Cs+ ,

Mg2+ and Ca2+), pressure level (1, 2 and 3 bar), the ratio of flow in to flow out (0.14, 0.16, 0.2, 0.25, 0.28, 0.3,

0.4, 0.5 0.6, 1 and 2), cycle time and cycle number on the capacity of gas adsorption were investigated in this

study. The preferential adsorption condition from this study were modified zeolite 4A with 1M lithium chloride

solution (Li-A), pressure level at 3 atm, the ratio of flow in to flow out was 1, cycle time of CO2 adsorption was

15.35 min and 5 cycles on the capacity of CO2 adsorption.

The appropriated conditions from the previous adsorption test by single column were applied to

adsorption test of carbon dioxide, nitrogen and methane gases in the synthetic biogas (N2:CO2:CH4 = 20:30:50)

on Li-A modified zeolite adsorbents by using pressure swing with two columns. The same cycle time (16 min)

and the same 7 cycles on the capacity of CO2 adsorption for column A and B were obtained. The highest

adsorption efficiency of CO2 and N2 by using the modified zeolite Li-A for column A was 98.73±0.02 and

53.92±0.03%, respectively and CH4 content was increased up to 88.35±0.01%. While those values for column

B were 97.03±0.04 and 53.76±0.01%, respectively and CH4 content was increased up to 87.87±0.01%.

Therefore, pressure swing with two columns can adsorbed CO2 more than single column.

Department of Environmental Science Graduate School, Silpakorn University

Student’s signature ………………………… Academic Year 2013

Thesis Advisor’s signature ………………………............

สำนกหอ


ฉ

กตตกรรมประกาศ

ดฉนขอกราบขอบพระคณอาจารย รองศาสตราจารย ดร.กณฑรย ศรพงศพนธ ประธานกรรมการทปรกษาวทยานพนธ และดร. เรวด อนวฒนา กรรมการทปรกษาวทยานพนธรวม ทไดกรณาใหคาอบรม สงสอน คาแนะนา คาปรกษา ความรตางๆ ทงทางดานวชาการ และการดาเนนชวตปจจบนและในอนาคต ตลอดจนตรวจแกไขวทยานพนธฉบบนใหสาเรจลลวงไปดวยด และขอบพระคณ รองศาสตราจารย ดร.มลลกา ปญญาคะโป และดร. ประภา โซะสลาม ประธานกรรมการการสอบวทยานพนธ ทกรณาตรวจแกไขวทยานพนธใหสมบรณยงขน

ขอขอบคณ ภาควชาวทยาศาสตรสงแวดลอม คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยศลปากร วทยาเขตพระราชวงสนามจนทร และฝายเทคโนโลยสงแวดลอมและทรพยากร สถาบนวจยวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงประเทศไทย ทใหความชวยเหลอดานทนวจย ตลอดจนอานวยความสะดวกในการทดลองและวเคราะหตวอยาง

ทายสดขอกราบขอบพระคณบดา มารดา ญาตพนอง ทใหการสนบสนนและเปนกาลงใจตลอดมา ขอบคณเพอนๆ ในสาขาวชาวทยาศาสตรสงแวดลอม และพๆนองๆ ฝายเทคโนโลยสงแวดลอมและทรพยากร สถาบนวจยวทยาศาสตร และเทคโนโลยแหงประเทศไทย ทใหความชวยเหลอ ใหงานวจยนลลวงไปดวยด คณคา และสงทเปนประโยชนทวทยานพนธเลมนพงม ขอมอบแดบดา มารดา และผมพระคณทกทาน รวมทงครบาอาจารยตงแตอดตจนถงปจจบน และหวงเปนอยางยงวางานวจยนจะมคณคาในสายตาของผอาน

สำนกหอ


ช

สารบญ หนา บทคดยอภาษาไทย .................................................................................................................... ง

บทคดยอภาษาองกฤษ ............................................................................................................... จ

กตตกรรมประกาศ ..................................................................................................................... ฉ

บทท

1 บทนา ............................................................................................................................. ความสาคญและความเปนมาของปญหา ................................................................ 1

วตถประสงคของการวจย ...................................................................................... 2

สมมตฐานของการวจย .......................................................................................... 2

ขอบเขตของการวจย ............................................................................................. 3

ประโยชนทไดรบ .................................................................................................. 3

ขนตอนการศกษา .................................................................................................. 3

ทบทวนเอกสารและงานวจยทเกยวของ......................................................................... 5

กาซคารบอนไดออกไซด ......................................................................................

สมบตทางกายภาพและทางเคมของกาซคารบอนไดออกไซด .................... 5

ผลกระทบของคารบอนไดออกไซดตอสภาพแวดลอม ............................... 6

การดดซบ .............................................................................................................. 7

กลไกการดดซบ .......................................................................................... 7

แรงทเกยวของกบการดดซบ (Adsorption Force) ........................................ 9

ปจจยทมผลตอการดดซบ............................................................................ 10

จลนศาสตรของการดดซบ (Adsorption Kinetic) ........................................ 11

สมดลการดดซบ ......................................................................................... 12

การเสอมสภาพของสารดดซบ .................................................................... 15

การดดซบระบบสลบความดน .................................................................... 16

สารดดซบทใชในอตสาหกรรม ............................................................................. 19

ถานกมมนต (Activated Carbon) ................................................................ 19

อะลมนา ...................................................................................................... 20

ซลกาเจล (Silica Gel) .................................................................................. 20

สำนกหอ


ซ

บทท หนา

ซโอไลต (Zeolite) ....................................................................................... 20

ซโอไลต (Zeolite) ................................................................................................. 21 โครงสรางและองคประกอบทางเคมของซโอไลต ...................................... 21

สมบตภายในโครงสรางซโอไลต ................................................................ 23

ประเภทของซโอไลตตามหนวยโครงสราง ................................................. 25

ทมาของซโอไลต ........................................................................................ 27

การสงเคราะหซโอไลต ............................................................................... 27

ประโยชนของซโอไลต ............................................................................... 28

สมบตของซโอไลต ..................................................................................... 30

ชนดของซโอไลตทใชดดซบกาซ .......................................................................... 33

ซโอไลต 4A ................................................................................................ 33

งานวจยทเกยวของ ................................................................................................ 38

3 วธดาเนนการวจย ........................................................................................................... 42

วสด และอปกรณ .................................................................................................. 42

เครองมอวเคราะห ................................................................................................. 43

สถานททาการวจย ................................................................................................. 46

ระยะเวลาทาการวจย ............................................................................................. 46

วธดาเนนการวจย .................................................................................................. 47

4 ผลการวเคราะหขอมลและอภปรายผลการทดลอง ........................................................ 57 ผลการศกษาสมบตทางกายภาพและทางเคมของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ....... 57 ผลการศกษาสมบตทางกายภาพของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ................ 57

ผลการศกษาสมบตทางเคมของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ....................... 60

ผลการศกษาสมบตทางกายภาพของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ................

ทผานการปรบปรบปรงคณภาพโดยใชสารละลาย ................................

LiCl, KCl , CsCl , MgCl2 และ CaCl2 ................................................... 61

ผลการศกษาสมบตทางเคมของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A .......................

ทผานการปรบปรบปรงคณภาพโดยใชสารละลาย ................................

LiCl, KCl , CsCl , MgCl2 และ CaCl2 ................................................... 64

สำนกหอ


ฌ

บทท หนา

ผลของปจจยตางๆตอประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด ..............

และกาซไนโตรเจนในกาซผสมสงเคราะหของซโอไลตปรบปรงคณภาพ .

และซโอไลตมาตรฐานชนด 4A เมอทดสอบดวย .......................................

คอลมนดดซบกาซ แบบคอลมนเดยว ......................................................... 69

ผลของความดนทเหมาะสมตอประสทธภาพการดดซบ ............................. กาซคารบอนไดออกไซดและกาซไนโตรเจน ........................................ 69

ผลของอตราการไหลเขาตออตราการไหลออกทเหมาะสม ......................... ตอประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด ...........................

และกาซไนโตรเจน ................................................................................ 70

ผลของไอออนบวกของซโอไลตปรบปรงคณภาพชนดตางๆ ตอ ............... ความสามารถในการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด ............................ 72

ผลของระยะเวลาตอประสทธภาพการดดซบกาซ ....................................... 73

ผลของระยะเวลาครบรอบการดดซบตอประสทธภาพการดดซบกาซ ........ 74

ประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดและกาซไนโตรเจน .................

ในกาซชวภาพสงเคราะหดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A ............

เมอทดสอบดวยเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน .................. 77

ความสมพนธระหวางความดน และระยะเวลาครบรอบการดดซบ ............. 78

ระยะเวลาตอประสทธภาพการดดซบกาซชวภาพสงเคราะห ...................... 79

ระยะเวลาครบรอบการดดซบกาซชวภาพสงเคราะห .................................. 80

5 สรปผลการวจยและขอเสนอแนะ .................................................................................. 84

สรปผลการวจย ..................................................................................................... 84

ขอเสนอแนะ ......................................................................................................... 86

รายการอางอง .................................................................................................................... 87

ภาคผนวก .................................................................................................................... 91

ภาคผนวก ก ........................................................................................................ 92

ภาคผนวก ข ........................................................................................................ 95

ประวตผวจย .................................................................................................................... 103

สำนกหอ


ญ

สารบญตาราง

ตารางท หนา 2.1 ชนดของซโอไลตตามโครงสรางทตยภม .................................................................. 26

2.2 สมบตทวไปของซโอไลต 4A .................................................................................... 35

3.1 การเดนระบบวาลวของเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน ..................... 55

4.1 องคประกอบทางเคมของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A .............................................

ทวเคราะหดวยเครอง XRFS ........................................................................... 61

4.2 พนทผวจาเพาะของซโอไลต ..................................................................................... 63

4.3 คาความสามารถในการแลกเปลยนแคลเซยมไอออน (CEC) ของซโอไลต ...............

(คาเฉลย±SD) .................................................................................................. 65

4.4 องคประกอบทางเคมของซโอไลตทผานการปรบปรงคณภาพชนด ..........................

Li-A และCa-A ดวยเครอง XRFS ................................................................... 66

4.5 ระยะเวลาแตละขนตอนการเดนระบบดวยเครองแยกกาซสลบความดน ...................

แบบสองคอลมน............................................................................................. 79

4.6 ความสมพนธของการดดซบกาซไนโตรเจน คารบอนไดออกไซด และ ...................

มเทนของคอลมน A และคอลมน B เมอพจารณาจากจานวน 7 รอบ .............

(ซงยงคงมสภาพการดดซบ คอประสทธภาพไมนอยกวารอยละ 50) .............. 83

สำนกหอ


ฎ

สารบญรป รปท หนา 2.1 แนวโนมการเพมขนของความเขมขนของคารบอนไดออกไซด (ppm) ....................

และแหลงเชอเพลงฟอสซล ............................................................................. 6 2.2 กระบวนการดดซบของสารดดซบ ............................................................................ 8

2.3 การดดซบของสารดดซบดวยแรงทางไฟฟาสถต ...................................................... 9

2.4 ขนตอนการดดซบทผวของตวดดซบทมรพรน ......................................................... 12

.5 ไอโซเทอรมของการดดซบของกาซตามการจาแนกของ IUPAC .............................. 13

2.6 ความสามารถในการทางานของตวดดซบ ................................................................. 15

2.7 ระบบดดซบแบบสลบความดน ................................................................................. 17

2.8 แสดงขนตอนการดดซบแบบสลบความดน .............................................................. 19

2.9 รปทรงเตตระฮดรอลของออกซเจนโคออดเนตกบซลกอนหรออะลมเนยมใน .........

หนวยเลกๆ(sub unit) ของซโอไลตในหนวยโครงสรางแบบปฐมภม ............. 21

2.10 โครงสราง 2 มตของอะลมโนซลเกต ......................................................................... 21

2.11 ชองวางในโครงสรางของ Analcime จะไมตดกน ..................................................... 23

2.12 ชองวาง 2 มต ............................................................................................................. 23

2.13 ชองวาง 3 มต ของซโอไลต A ................................................................................... 24

2.14 ระบบชองวาง 3 มตทมการตดกนของชองวาง........................................................... 24

2.15 แสดงความสมพนธระหวางอตราสวนชองวาง (Vf) กบความหนาแนน (df) .............. 25

2.16 ลกษณะโครงสรางทตยภมของซโอไลต .................................................................... 26

2.17 ลกษณะหนวยโครงสรางรปทรงหลายหนา ............................................................... 27

2.18 ขนาดรพรนทสงผลตอการดดซบกาซ ....................................................................... 30

2.19 โครงสราง D4R ของซโอไลต A ................................................................................ 33

2.20 การจบตวเปนรปทรงกรวยแปดหนา (truncated octahedral) ในซโอไลต A.............. 34

2.21 แผนภาพปฏกรยาการเกดผลกของซโอไลต 4A ......................................................... 35

2.22 ภาพ scanning electron microscrope ของซโอไลต 4A .............................................. 36

2.23 กลไกการเปลยนไอออนของซโอไลต A ................................................................... 37

3.1 เครอง Scanning electron microscope (SEM) ........................................................... 43

3.2 เครอง X-ray Difraction Spectroscopy (XRD) .......................................................... 4

สำนกหอ


ฏ

สารบญรป รปท หนา 3.3 เครอง Brunauer Emmett Teller (BET) ..................................................................... 44

3.4 เครอง X-ray Fluorescence Spectroscopy (XRFS) .................................................... 45

.5 เครองวเคราะหกาซโครมาโตรกราฟ (Gas Chromatography : GC) ......................... 45

3.6 เครอง Inductive Coupled Plasma Spectroscopy( ICP) ............................................ 46

3.7 แผนผงสรปการทดลอง ............................................................................................ 47

.8 คอลมนดดซบกาซแบคอลมนเดยว ........................................................................... 50

3.9 แผนผงแสดงการเชอมตอคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยวทใชในการทดลอง .. 51

3.10 เครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน ......................................................... 53

3.11 คอลมนเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน............................................. 54

3.12 แผนผงแสดงการเชอมตอเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน ..................

ทใชในการวจยเพอใชในงานวจย.................................................................... 54

4.1 ลกษณะทางกายภาพของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ................................................ 58

4.2 ซโอไลตมาตรฐานชนด 4Aทเปนเมด ซงคดขนาดเมดเทากบ .2 - . มลลเมตร ...

เพอนาไปใชในงานวจยน ................................................................................ 58

4.3 ลกษณะผลกของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ทเปนลกบาศก และวางซอนทบกน ....

เมอศกษาดวยเครอง scanning electron microscope .......................................

ทกาลงขยาย 10,000 เทา .................................................................................. 59

4.4 การเลยวเบนรงสเอกซ ของผลตภณฑ ซไลตมาตรฐานชนด 4A ดวย ........................

ดวยเครองเครอง X-ray Difraction Spectroscopy .......................................... 60

4.5 โครงสรางผลกของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และทผานการปรบปรงคณภาพ ......

ทความเขมขน โมลตอลตร เมอวเคราะหดวย ..............................................

เครอง X-ray Difraction Spectroscopy ........................................................... 62

4.6 ลกษณะพนผวของตวแทนซโอไลต Li-A (a) และ Ca-A (b) ทกาลงขยาย ................

10,000 เทา ทศกษาดวยเครอง scanning electron microscope ........................ 64

4.7 ความสมพนธคาความเปนกรด-ดาง และคาความเขมขนของสารละลายคลอไรด ..... 67

4.8 ความสมพนธระหวางรอยละการแลกเปลยนไอออนในสารละลาย ..........................

เกลอคลอไรดและชนดของสารละลายในการแลกเปลยนไอออน .................. 68

สำนกหอ


ฐ

สารบญรป

รปท หนา 4.9 ความสมพนธระหวางผลของความดนตอประสทธภาพการดดซบกาซ ....................

คารบอนไดออกไซด ดวยซโอไลตมาตรฐานชนด A และซโอไลต ..............

ปรบปรงคณภาพชนดตางๆ ทอตราการไหลเขาตอ ........................................ อตราการไหลออกเทากบ 1 ............................................................................. 69

4.10 ความสมพนธระหวางผลของความดนตอประสทธภาพการดดซบกาซ ....................

ไนโตรเจน ดวยซโอไลตมาตรฐานชนด A และซโอไลต ..............................

ปรบปรงคณภาพชนดตางๆ ทอตราการไหลเขาตอ ........................................ อตราการไหลออกเทากบ 1 ............................................................................. 70

4.11 ความสมพนธระหวางผลของอตราการไหลเขาตออตราการไหลออก ตอ .................

ประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดดวยซโอไลตมาตรฐาน ......

ชนด 4A และซโอไลตปรบปรงคณภาพชนดตางๆทความดน 3 บรรยากาศ ... 71

4.12 ความสมพนธระหวางผลของอตราการไหลเขาตออตราการไหลออก ตอ .................

ประสทธภาพการดดซบกาซไนโตรเจนดวยซโอไลตมาตรฐาน .....................

ชนด 4A และซโอไลตปรบปรงคณภาพชนดตางๆทความดน 3 บรรยากาศ ... 71

4.13 ประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด ดวยซโอไลตมาตรฐาน ...............

ชนด 4A และซโอไลตปรบปรงคณภาพชนดตางๆ เมอทดสอบ .....................

ดวยคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว ทความดน บรรยากาศ ................

อตราการไหลเขาตออตราการไหลออกเทากบ 1 ............................................. 73

4.14 ประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดในกาซผสมสงเคราะห N2:CO2 ....

=60:40 ดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A และ Ca-A ทความดน ........

3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตออตราการไหลออกเทากบ ........................

ทระยะเวลาสมผสกาซตางๆ ............................................................................ 74

4.15 ความสมพนธระหวางความดน และระยะเวลาครบรอบการดดซบกาซ ในกาซผสม

สงเคราะห ดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A และ Ca-A ................... ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตอการไหลออกเทากบ .............. 75

สำนกหอ


ฑ

สารบญรป รปท หนา 4.16 ความสมพนธระหวางรอยละความเขมขนของกาซคารบอนไดออกไซดคงเหลอกบ

เวลาสมผสเปนนาท ซงสมพนธกบจานวนรอบในการดดซบ เมอทดสอบ .....

การดดซบกาซคารบอนไดออกไซดในกาซผสมสงเคราะห ท ........................

ความดน 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตออตราการไหลออกเทากบ 1 ........

ดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A ........................................................ 76

4.17 ความสมพนธระหวางรอยละความเขมขนของกาซคารบอนไดออกไซด ..................

คงเหลอกบเวลาสมผสเปนนาท ซงสมพนธกบจานวนรอบในการดดซบ .......

เมอทดสอบการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดในกาซผสมสงเคราะห .........

ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตออตราการไหลออกเทากบ 1 ......

ดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Ca-A ....................................................... 76

4.18 แสดงความสมพนธระหวางความดน และระยะเวลาครบรอบการดดซบ ..................

กาซชวภาพสงเคราะห ดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A ...................

ทความดน บรรยากาศ อตราการไหลเขาตออตราการออกเทากบ ............. 78

4.19 ความสมพนธระหวางรอยละความเขมขนของกาซชวภาพสงเคราะห .......................

ทเวลาสมผสตางๆ ของคอลมน A ในเครองแยกกาซสลบความดน ................

แบบสองคอลมน ดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A ทความดน ..........

บรรยากาศอตราการไหลเขาตออตราการไหลออกเทากบ ......................... 79

4.20 ความสมพนธระหวางรอยละความเขมขนของกาซชวภาพสงเคราะห .......................

ทเวลาสมผสตางๆ ของคอลมน B ในเครองแยกกาซสลบความดน ................

แบบสองคอลมน ดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A ทความดน ..........

บรรยากาศอตราการไหลเขาตออตราการไหลออกเทากบ ......................... 80

4.21 ความสมพนธระหวางรอยละความเขมขนของกาซคารบอนไดออกไซด ..................

ไนโตรเจน และมเทน กบเวลาสมผสเปนนาท ซงสมพนธกบจานวนรอบ .....

การดดซบ เมอทดสอบการดดซบกาซดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพ .............

ชนด Li-A คอลมน A ในเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน ........

ในกาซชวภาพสงเคราะหทความดน 3 บรรยากาศ ..........................................

อตราการไหลเขาตอการไหลออกเทากบ 1 ..................................................... 81

สำนกหอ


ฒ

สารบญรป

รปท หนา 4.22 ความสมพนธระหวางรอยละความเขมขนของกาซคารบอนไดออกไซด ..................

ไนโตรเจน และมเทน กบเวลาสมผสเปนนาท ซงสมพนธกบจานวนรอบ .....

การดดซบ เมอทดสอบการดดซบกาซดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพ .............

ชนด Li-Aคอลมน B ในเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน .........

ในกาซชวภาพสงเคราะหทความดน 3 บรรยากาศ ..........................................

อตราการไหลเขาตอการไหลออกเทากบ 1 ..................................................... 82

สำนกหอ


1

บทท 1 บทนา

ความสาคญและความเปนมาของปญหา ในปจจบนภาวะโลกรอนเปนปญหาสาคญทมนษยทกคนควรตะหนกถง อกทงยงสงผลตอสงแวดลอมทวโลกอกมากมายซงมสาเหตมาจากกาซเรอนกระจก ทเกดจากกจกรรม และการประกอบอาชพของมนษย กาซคารบอนไดออกไซดเปนกาซเรอนกระจกชนดหนงทมปรมาณสงกวากาซเรอนกระจกชนดอนๆ ในปจจบนกาซคารบอนไดออกไซดไดเพมขนอยางตอเนอง ซงมาจากโรงงานอตสาหกรรม และการเผาเชอเพลงฟอสซล (เชน ถานหน นามน กาซธรรมชาต หรอสารประกอบไฮโดรคารบอน) สงผลใหระดบปรมาณคารบอนไดออกไซดในปจจบนนนสงขน ซงกาซคารบอนไดออกไซดทมากขนนไดเพมการกกเกบความรอนไวในโลกของเรามากขนเรอยๆ เพราะกาซคารบอนไดออกไซดเปนกาซทสะสมพลงงานความรอนในบรรยากาศโลกมากทสด และมผลทาใหอณหภมของโลกสงขนมากทสดจนเกดเปนภาวะโลกรอน (นตยา, 2533) จากกระแสความตนตวของภาวะโลกรอนเปนเหตใหมการพฒนากระบวนการแยกกาซคารบอนไดออกไซด โดยวธการตางๆ ไดแก การกลน (distillation) การสกด (extraction) การแยกดวยเยอแผน (membrane separation) และการดดซบ (adsorption) เปนตน การดดซบ เปนวธททใชแพรหลายในอตสาหกรรมแยกกาซ สาหรบเทคโนโลยการดดซบ การดดซบแบบคอลมนดดซบกาซไดรบความสนใจในการใชแยกและดกจบกาซคารบอนไดออกไซด เพราะใชพลงงานนอย และเสยคาใชจายในการดาเนนการตา เมอเปรยบเทยบกบวธการดดซบกาซแบบอนๆ วธการดดซบกาซแบบคอลมนดดซบ ตองอาศยตวดดซบทพนผวมรพรน ขนาดเลกจานวนมากเพอเพมพนทผวในการดดซบไดมากยงขน (จตตเสน, 2541) ซโอไลตจดเปนวสดดดซบชนดหนงทมรพรนขนาดเลก เหมาะสาหรบเปนวสดดดซบโมเลกลกาซทมขนาดตางๆ เนองจากซโอไลตมความจาเพาะเจาะจงตอการคดแยกกาซแตละชนด และมขนาดของพนผวทแตกตางกนสาหรบการดดซบกาซ ซโอไลตเปนสารดดซบประเภทหนงทมประโยชน และมมลคาสงในระดบอตสาหกรรมเคม เนองจากซโอไลตมจดเดนในหลายๆดาน เชน ใชเปนสารแลกเปลยนอออน สารลดความกระดางของนา สารกรองแยกโมเลกล สารจบโลหะหนกสารเรงปฏกรยา สารดดความชน กาซพษ สารอาหาร นา กาซ ตลอดจนโมเลกลสารอนทรย (van Bekkum, 2001) จากคณสมบตทสาคญเหลานจงมการนาซโอไลตไปใชประโยชนในทางการคา เชน

สำนกหอ


2 การแยกกาซ N2:CH4 โดยใช Clipnotilolite (HEU) (Martin et al, 2007) การแยกกาซ CO2, N2, O2

โดยใช activated carbon (Gomes et al, 2001) การคดแยกกาซ N2, O2, CO2 และCH4 โดยใช β - zeolite การแยกกาซเพอผลตกาซไนโตรเจนดวยตวดดซบชนดคารบอนโมเลกลารซฟ (CMS) การดดซบไอตวทาละลายอนทรยเมทานอลไซลนดวยตวดดซบซโอไลตชนด ZSM-5 และการดดซบกาซไนโตรเจนออกไซด (NOx) ดวยตวดดซบชนด Y สาหรบขอเสยของซโอไลต คอ มขอจากดในการนาไปใชงาน เชน โมเลกลารซฟบางชนดจะมเหมาะสมกบตวถกดดซบบางชนดเทานน ไมสามารถนาไปใชงานกบตวถกดดซบอนได และกระบวนการกาจดหลงการใชงานมคาใชจายสงในการดาเนนงาน แตเนองจากซโอไลตมขอดในการนาไปใชประโยชนมากกวา อกทงยงมคณสมบตทโดดเดนมาก จงไดนาซโอไลตมาใชในอตสาหกรรมการแยกกาซเพอชวยลดปญหาภาวะโลกรอนในปจจบน วตถประสงคของการวจย 1. ศกษาสมบตพนฐานของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และซโอไลต 4A ซงปรบปรงคณภาพดวยสารละลายเกลอคลอไรด ไดแก องคประกอบทางเคม ความเปนผลก พนผว พนทผว องคประกอบของธาต ความสามารถในการแลกเปลยนแคลเซยมไอออน คาความเปนกรด-ดาง และความเขนขนของธาตในซโอไลต 2. ศกษาชนดของไอออนบวก (Li+, K+, Cs+, Mg2+ และ Ca2+) ตอประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจน ดวยซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ทกระตนดวยวธการตงกวน (stirring) เพอทดสอบดวยคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว 3. ศกษาปจจยการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจน ไดแก ความดน อตราการไหลเขาตออตราการไหลออก และระยะเวลาในการดดซบกาซ ดวยซโอไลตมาตรฐานชนด 4A โดยทดสอบดวยคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว 4. ศกษาประสทธภาพของซโอไลตในการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนในกาซชวภาพสงเคราะหจากสภาวะทเหมาะสม โดยทดสอบดวยเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน สมมตฐานของการวจย

1. ซโอไลตมคณสมบตในการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดและกาซไนโตรเจน 2. ซโอไลตสามารถเพมประสทธภาพในการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดและกาซ

ไนโตรเจน ไดโดยการกระตนดวยสารละลายเกลอคลอไรด

สำนกหอ


3

3. ปจจยตางๆ คอ ความดน อตราการไหลเขาตออตราการไหลออก และระยะเวลาในการดดซบ มผลตอประสทธภาพการดดซบการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนในกาซผสมสงเคราะหระหวางคารบอนไดออกไซดกบไนโตรเจน ดวยคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว

4. สภาวะเหมาะสมทไดจากการศกษาการดดซบกาซดวยคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว สามารถนามาประยกตใชในการศกษาการดดซบกาซดงกลาวในกาซชวภาพสงเคราะห โดยทดสอบดวยเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน ขอบเขตของการวจย

ศกษาประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดและกาซไนโตรเจนในกาซผสมสงเคราะหระหวางคารบอนไดออกไซด และไนโตรเจนในอตราสวนรอยละ 40:60 ดวย ซโอไลตมาตรฐานชนด 4A โดยวธการตงกวน และทดสอบดวยคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว และศกษาปจจยตางๆ ไดแก ความดน อตราการไหลเขาตออตราการไหลออก และระยะเวลาในการดดซบ สาหรบซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และซโอไลตมาตรฐานทปรบปรงคณภาพดวย LiCl, KCl , CsCl, MgCl2 และ CaCl2 เปนสารดดซบกาซ แลวนาสภาวะเหมาะสมทได มาประยกตใชในการศกษาการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และไนโตรเจนในกาซชวภาพสงเคราะหดวยเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน ประโยชนทคาดวาจะไดรบ 1. เปนแนวทางในการนาวสดดดซบกาซไปประยกตใชในอตสาหกรรมการแยกกาซคารบอนไดออกไซดในกาซชวภาพ ทดแทนการใชสารเคมประเภทเบส 2. เปนแนวทางเลอกหนงในการลดกาซคารบอนไดออกไซดทเพมขนในปจจบน ทเปนสาเหตของปญหาภาวะโลกรอน 3. เปนแนวทางในการประยกตใชซโอไลตทปรบปรงคณภาพ ในการเพมคณภาพของกาซชวภาพ ใหมปรมาณกาซมเทนสงขน ขนตอนการศกษา 1. สบคนขอมลทเกยวของ 2. รวบรวมขอมล 3. วางแผนการทดลองและเขยนโครงรางวจย

สำนกหอ


4 4. ขออนมตหวขอและโครงการวทยานพนธ 5. ทาการทดลอง และวเคราะหผลการศกษาปจจยทเหมาะสมในการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจน ดวยซโอไลตมาตรฐาน ชนด 4A และซโอไลตมาตรฐานปรบปรงคณภาพ โดยวธตงกวน ศกษาในกาซผสมสงเคราะหระหวางกาซคารบอนไดออกไซดและไนโตรเจนรอยละ (40:60) ทดสอบกบคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว และเลอกผลของสภาวะทเหมาะสมศกษากบกาซชวภาพสงเคราะหหดวยเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน 6. เรยบเรยงและเขยนวทยานพนธ 7. เสนอวทยานพนธเพอขอสอบ 8. สอบวทยานพนธ 9. แกไขวทยานพนธ 10. สงวทยานพนธฉบบสมบรณ 11. นาเสนอผลงานในการประชมวชาการ

สำนกหอ


5

บทท ทบทวนเอกสารและงานวจยทเกยวของ

1. กาซคารบอนไดออกไซด คารบอนไดออกไซด (carbondioxide) เปนกาซในบรรยากาศ ซงหนงโมเลกลประกอบดวยคารบอน 1 อะตอม และ ออกซเจน 2 อะตอม คารบอนไดออกไซดเปนหนงในสารประกอบเคมทรจกกนมากทสด มสตรเคมเปน CO เมออยในสถานะของแขง เปนกาซทมปรมาณมากเปนอนดบ 4 ในอากาศรองจากไนโตรเจน ออกซเจน และอารกอน (นตยา, 2533) คารบอนไดออกไซดเกดจากการเผาไหมเชอเพลงทมคารบอนเปนองคประกอบ โดยรวมตวกบออกซเจนทเกดจากการเผาไหมทสมบรณแลวไดเปนคารบอนไดออกไซด ดงสมการ

C + O2 CO2

คารบอนไดออกไซดยงเกดขนไดหลายลกษณะ เชน จากการหายใจของสงมชวต หรอเปนวตถดบสาคญในกระบวนการสงเคราะหดวยแสงของพช ซงใชคารบอนและออกซเจนในการสงเคราะหคารโบไฮเดรต พชจะปลอยกาซออกซเจนจากกระบวนการสงเคราะหดวยแสงออกมาสบรรยากาศ ทาใหสตวไดใชออกซเจนในการหายใจ การใชคารบอนไดออกไซดของพชเปนการลดกาซเรอนกระจกลงได เนองจากคารบอนไดออกไซดเปนกาซหนงทเปนสาเหตของปรากฎการณเรอนกระจก

1.1 สมบตทางกายภาพและทางเคมของกาซคารบอนไดออกไซด คารบอนไดออกไซดเปนกาซทไมมส ไมมกลน และไมมพษ มความหนาแนน .

กโลกรมตอลกบาศกเมตร อยในบรรยากาศประมาณรอยละ 0.03 โดยปรมาตร โมเลกลประกอบดวยพนธะค 2 พนธะ (O=C=O) ไมตดไฟและไมทาปฏกรยา คารบอนไดออกไซดจะกลายเปนของแขงทมสขาวทอณหภม 78 องศาเซลเซยส โดยไมผานการเปนของเหลวกอน หากตองการทาใหคารบอนไดออกไซดเปนของเหลวตองใชความดนไมนอยกวา 5.1 บรรยากาศ

คารบอนไดออกไซดสามารถละลายนาไดรอยละ 1 และจะกลายเปนกรดคารบอนก ซงตอมาจะเปลยนรปเปนไบคารบอเนตและคารบอเนต ในชวง 100 ประหวางป พ.ศ. 2423 – 2523

อณหภมของโลกเพมขน 0.5 องศาเซลเซยส เนองจากกาซเรอนกระจก เชน กาซมเทน กาซไนตรสออกไซด และกาซเพอรโรฟลออโรคารบอน มผลทาใหคารบอนไดออกไซดทเกดจากการเผาไหม

6

เชอเพลงมความเขมขนเพมขนเปน 2 เทา หรอ 560 สวนในลานสวน (ppm) ซงเปนคา รบอนไดออกไซด ท เ ก ดจาการ เผาไหมเ ช อ เพ ล งของประ เทศ อตสาหกรรม และคารบอนไดออกไซดทเกดจากการตดไม ทาลายปาของประเทศกาลงพฒนา ปรมาณคารบอนทปลอยออกมาจากการใชเชอเพลง ถานหน นามน และกาซธรรมชาต คดเปน 0.098, 0.079 และ

0.056 กรมคารบอน/กโลคาลอร ตามลาดบ (ปรดา, 2534) แตตวเลขเหลานไมเหมาะสาหรบประเทศไทย เนองจากปรมาณคารบอนทเปนองคประกอบในเชอเพลงของแตละประเทศ มคาแตกตางกนมาก โดยเฉพาะลกไนตและกาซธรรมชาต มนษยปลดปลอยคารบอนไดออกไซดออกสบรรยากาศเพมขนระหวาง 25-29 พนลานตนตอป (คารบอน 1 ตน สนดาปแลวรวมกบออกซเจนเปนคารบอนไดออกไซด 3.66 ตน) ในปค.ศ. 1960 มปรมาณคารบอนไดออกไซดในบรรยากาศเพยง 316 สวนในลานสวน แลวเพมขนเปน 353 สวนในลานสวน ในป ค.ศ.1988 ดงรปท 2.1

รปท 2.1 แนวโนมการเพมขนของความเขมขนของคารบอนไดออกไซด (ppm) และแหลง เชอเพลงฟอสซล ทมา: กรมวชาการเกษตร (2554)

1.2 ผลกระทบของคารบอนไดออกไซดตอสภาพแวดลอม อณหภมของโลกสงขน เนองจากคารบอนไดออกไซดจะดดกลนรงสคลนสนเอาไว ซง

จะทาใหเกดผลกระทบดงน

คารบอนไดออกไซดทเพมขนรอยละ 20 อาจทาใหนาทะเลขยายตว จงสงผลใหระดบนาทะเลสงขนประมาณ 8-12 เซนตเมตร (ปรดา, 2534)

7

ผลกระทบตอภมอากาศ อณหภมระหวางขวโลกและเสนศนยสตรจะลดลง ทาใหเพมภาวะความกดดนอากาศตา จงทาใหมลมมรสมแรง ฝนตกหนก หมะละลาย และเกดพาย

ผลกระทบตอแหลงนา เมอโลกรอนขนอตราการระเหยของนาบนดนและในมหาสมทรเพมขนไอนาในชนบรรยากาศเพมสงขน ซงไอนานเองกมคณสมบตเชนเดยวกบกาซเรอนกระจก กยงทาใหเกดภาวะโลกรอนเพมขนอก ทงหมดนมผลตอความกดอากาศของโลก ทาใหในบางพนท ทแหงแลงกเกดฝนตก บางพนททเคยฝนตกกเกดภาวะแหงแลง แมนา ลานาแหงขอดเปลยนทศทางการไหล เกดฤดกาลทผดปกตไปทวโลก

ผลกระทบตอเกษตรกรรม โดยคารบอนไดออกไซดจะไปเรงการเจรญเตบโตของพชทาใหพชบางชนดอาจเกดการปรบตวไมทนทาใหสญพนธได

ผลกระทบตอแหลงพลงงาน เชน เกดผลกระทบตอการขดเจาะนามนในทะเล และมหาสมทรเนองจากเกดพายและมรสม

ผลกระทบตอสขภาพอนามย เนองจากกาซคารบอนไดออกไซด (CO2) สามารถเขาสรางกายทางลมหายใจ จะเกดอาการพษเฉยบพลนได ในกรณทกาซแทนทออกซเจนในบรเวณทจากด ทาใหปรมารออกซเจนไมเพยงพอตอการหายใจ จะมอาการหายใจตดขด จนถงอาการขาดออกซเจน คอปวดศรษะ วงเวยน ความดนสง อตราการเตนของหวใจสงขน ถาความเขมขนสงถงรอยละ 12 หรอมากกวาจะหมดสตภายใน 1-2 นาท (นตยา, 2553)

2. การดดซบ การดดซบเปนวธการทใชแยกองคประกอบทตองการออกจากของเหลวหรอกาซ และ

เปนกระบวนการทสะสมความเขมขนของอนภาคทผวหนาหรอระหวางผวของสารสองสถานะ ไมวาจะเปน กาซกบของเหลว กาซกบของแขง หรอ ของเหลวกบของแขง โดยโมเลกลทถกดดซบ เรยกวา ตวถกดดซบ (adsorbate) สวนพนผวทเปนทเกาะจบสารถกดดซบ เรยกวา ตวดดซบ (adsorbent) ซงการเกาะตดบนพนผวดงกลาวอาจดวยแรงทางกายภาพหรอดวยพนธะเคม ซงขนอยกบสมบตของตวถกดดซบ และสมบตของตวดดซบ (Eckenfelder, 1996)

2.1 กลไกการดดซบ การดดซบประกอบดวย ระยะตอเนองกนดงน (รปท 2.2)

ระยะท โมเลกลของตวถกดดซบจะเคลอนทไปเกาะอยรอบนอกของตวดดซบ

ระยะท โมเลกลของตวถกดดซบจะแพรกระจาย เขาไปในรพรนของตวดดซบ

8

ระยะท ตวถกดดซบถกดดตดผวรพรนของตวดดซบดวยแรงทางกายภาพหรอทางเคมหรอแรงทง ประเภทพรอมกน (จฑาทพย, 2547)

รปท 2.2 กระบวนการดดซบของสารถกดดซบในรพรนของสารดดซบ

ทมา: กรองกาญจน (2530)

2.1.1 การดดซบทางกายภาพ (Physical Adsorption)

การดดซบทางกายภาพเกดจากแรงดงดดระหวางโมเลกลของตวดดซบกบตวถกดดซบ ซงมคามากกวาแรงดงดดของสารทถกดดซบในสารละลาย ดงนนสารทถกดซบจะยดตดแนนบนผวของตวดดซบ ถาตวดดซบมความพรนสง ของเหลวหรอกาซจะซมผานเขาสชองวางภายในตวดดซบไดทอณหภมปกตและใหความรอนออกมาเลกนอย แตมากกวาความรอนของการควบแนน เมอลดความดนของระบบลงจะทาใหความสามารถในการดดซบลดลง และทาใหตวถกดดซบเคลอนทออกจากตวดดซบ ปรากฎการณชวงนเรยกวา การคายสารออก (desorption) ซงเปนวธการนาตวดดซบกลบมาใชใหมอกครง (reversible) การดดซบแบบนตวถกดดซบไมเกดการเปลยนแปลงสมบตทางเคม การดดซบทางกายภาพบางครงเรยกวา van der Wall,s adsorption

2.1.2 การดดซบทางเคม (Chemical Adsorption or Chemisorption)

การดดซบทางเคมขนกบตวถกดดซบ และสภาวะแวดลอมทเหมาะสมในการดดซบ พบวาทอณหภมปกตตวถกดดซบบางชนดจะไมเกดการดดซบทางเคม แตเมออณหภมเพมขนจะสามารถเกดการดดซบทางเคมได (ซงแตกตางจากการดดซบทางกายภาพ) การดดซบทางเคมจะเกดปฏกรยาระหวางตวถกดดซบกบตวดดซบไดเปนสารประกอบทพนผวของตวดดซบ ทาใหปรมาณของตวดดซบลดลง แตไมขนกบความดนมากนก และดดซบตวถกดดซบ/หนงหนวยนาหนกของตวดดซบไวไดนอย เนองจากการดดซบเกดจากปฏกรยาทางเคมบนพนผวจงเกดขนได

9

บนพนผวบางแหงเทานน ในขณะทการดดซบทางกายภาพเกดไดบนพนผวทงหมด อกทงการดดซบทางเคมจะไมสามารถเกดการคายสารออก เนองจากตวถกดดซบมการเปลยนแปลงทางเคมและปฏกรยาทเกดขนเปนแบบผนกลบไมได (irreversible)

2. 2 แรงทเกยวของกบการดดซบ (Adsorption Force) แรงทางกายภาพไดแก แรง van der Waal สวนแรงไฟฟาเคมเปนผลมาจากการเกดปฏสมพนธ (interaction) ในชวงสนๆ ไดแก แรงทเกดจากไฟฟาสถตย (electrostatic force) บรเวณผวรอบนอกของสารประกอบ เชน ion exchange สวนแรงเชงซอน(complex force) บรเวณผวดานหนาจะเกดกลไกการแลกเปลยนลแกนด (ligand exchange) พนธะโควาเลนซ (covalent

bonding) และพนธะไฮโดรเจน (hydrogen bonding) (รงระว และ นศา, 2536-2537) ตวอยางแรงทเกยวของกบการดดซบ เชน 2.2.1 แรง van der Waal

อะตอมทอยอยางอสระหรอโมเลกลทไมมขวสามารถเกดแรงดงดดออนๆไดเนองจากการเคลอนทของอเลกตรอนอยางไมมระเบยบในอะตอมหรอโมเลกลนน ทาใหมความหนาแนนของกลมหมอกอเลกตรอนแตละบรเวณภายในอะตอมหรอโมเลกลไมเทากน มผลใหเกดสภาพขวขน ละสามารถถกดดซบดวยตวดดซบได การดดซบประเภทนมพลงงานในการดดซบตา จงเปนการเกาะจบดวยแรงออนๆ ดงนนการคายการดดซบจะกระทาไดงายซงเปนขอด เพราะสามารถฟนฟสภาพของตวดดซบไดงาย

2.2.2 แรงไฟฟาสถตย (Electrostatic Force)

แรงไฟฟาสถตยเปนแรงดงดดระหวางโมเลกลทมขวเขาดวยกน หรอระหวางสารทไมมขวกบสารทไมมขว และสารทมขวกบสารทไมมขวรปท 2.3

Polar- Polar Nonpolar- Nonpolar Polar-Nonpolar

รปท 2.3 การดดซบของสารดดซบดวยแรงทางไฟฟาสถต

ทมา: Szostak (1989) อางโดย เดชา (2552)

10

การดดซบของโมเลกลทมขว อาจเกดจากการจดเรยงโมเลกล ทาใหเกดแรงดงดดระหวางโมเลกลทมประจตรงกนขาม แตแรงดงดดระหวางโมเลกลทไมมขว เปนผลจากการกระจาย

(dispersion effect) โดยโมเลกลไมมขวสามารถเปลยนเปนไดโพลโมเลกลไดเมออเลกตรอนเคลอนทไปอยดานใดดานหนงมาก และเมอมโมเลกลทไมมขว (เชน อนทรยสาร และถานกมมนต) ทมลกษณะเชนเดยวกนเขามากจะเกดแรงดงดดซงกนและกน และมกเปนแรงทออน สวนแรงดงดดระหวางโมเลกลทมขวกบโมเลกลไมมขว เปนผลมาจากการเหนยวนา (induction effect) โดยโมเลกลทมขวเขามาใกลโมเลกลทไมมขว แลวเหนยวนาใหเกดประจทตรงกนขามซงจะทาใหเกดการดงดดซงกนและกน (Dufour et al., 2001)

2.2.3 แรงทางเคม

แรงทางเคมเปนการยดเหนยวระหวางไอออนกบตวดดซบ อาจเกดเนองจากปฏกรยาการเกดสารประกอบเชงซอน แรงทางเคมมลกษณะทสาคญ คอ เปนพนธะเคมทเกดจากการใชอเลกตรอนรวมกน หรอใหอเลกตรอนรวมกน หรอเกดจากการแลกเปลยนอเลกตรอน มผลทาใหเกดแรงยดเหนยวกนแรงกวาแรงทางกายภาพ นอกจากนแรงทางเคมยงไมสามารถเปลยนกลบไปมาได (irreversible) เพราะยดเหนยวดวยแรงทมากและมการจบกนเปนสารประกอบทางเคม

2.3 ปจจยทมผลตอการดดซบ ปจจยทมผลตอการดดซบ (Breck, 1974) เชน

2.3.1 ธรรมชาตของตวดดซบ ธรรมชาตของตวดดซบทมผลตอการดดซบ เชน พนทผวเปนสมบตอยางหนงทมผลตอความสามารถในการดดซบของตวดดซบ

โดยความสามารถในการดดซบเพมขนเมอพนทผวของตวดดซบมากขน อยางไรกตามพนทผวของตวดดซบเพยงอยางเดยวไมเพยงพอทจะอธบายความสามารถในการดดซบไดด โครงสรางรพรนกมสวนชวยใหพนทผวมความสามารถในการดดซบเพมขน เพราะถาขนาดโมเลกลของตวถกดดซบสามารถเขาไปในรพรนของตวดดซบไดการดดซบกจะเพมขน แตถาขนาดโมเลกลของตวถกดดซบไมสามารถเขาไปในรพรนของตวดดซบได ความสามารถในการดดซบกจะลดลง

ในกรณทตวดดซบไมมรพรนพนทผวจะเพมขนเมอขนาดลดลงซงทาใหความสามารถในการดดซบเพมขน แตถาตวดดซบมรพรนมากๆ พนทผวทใชในการดดซบจะสมพนธกบรพรนน แตไมไดขนกบขนาดวตถ

2.3.2 ธรรมชาตของตวถกดดซบ ธรรมชาตของสารถกดดซบกมความสาคญ เชน

11

ตวถกดดซบทมความสามารถในการละลายสงจะถกดดซบไดนอย เพราะกอนทจะเกดกระบวนการดดซบจะตองมการทาลายพนธะระหวางตวถกละลายและตวทาละลายกอน

เมอนาหนก และขนาดโมเลกลของตวถกดดซบเพมขน ความสามารถในการดดซบจะเพมขน เชน ถาโมเลกลของตวถกดดซบเปนสารอนทรย เมอจานวนคารบอนอะตอมมากขนการดดซบกจะมากขน เพราะการเพมนาหนกโมเลกลจะเปนผลทาใหความสามารถในการละลายลดลง

ความสามารถในการดดซบจะลดลงเมอตวถกดดซบมขว (polarity) เพมขน เพราะการมขวเพมขน จะทาใหความสามารถในการละลายของตวถกดดซบเพมขน

2.3.3 สภาพแวดลอม

สภาพแวดลอมกสมพนธกบประสทธภาพการดดซบ เชน การยดเกาะระหวางตวดดซบกบตวถกดดซบเกยวของกบชนดของพนธะทยด

เหนยวกน ดงนนการดดซบจะเกดไดมากหรอนอยจงขนกบอณหภมทใชทดลองดวย กลาวคอถาปฏกรยาการดดซบเปนชนดคายความรอนการดดซบจะมากขนเมออณหภมลดลง สวนกรณทเปนปฏกรยาดดความรอน ความสามารถในการดดซบจะมากขนเมออณหภมสงขน อยางไรกตามการเปลยนแปลงอณหภมเพยงเลกนอยไมมผลตอการดดซบ

2.4 จลนศาสตรของการดดซบ (Adsorption Kinetic) การเคลอนทโมเลกลของตวถกดดซบทถกดดซบดวยตวดดซบทมรพรน สมพนธกบอตราการเคลอนยายโมเลกล (rate of molecule transfer) ของสารละลาย สามารถอธบายไดดงน (Eckenfelder, 1996)

ขนแรก เปนการขนสงโมเลกลของตวถกดดซบจากสารละลายโดยวธการแพรไปยงพนผวภายนอกของชนของเหลวบางๆทหมอยทผวของตวดดซบเรยกวา การแพรภายนอก (external

of film diffusion)

ขนทสอง เปนการแพรภายใน (internal diffusion) เกยวของกบการขนสงผานชนฟลมของตวถกดดซบจากผวหนาของอนภาคตวดดซบเขาสพนผวภายในของตวดดซบ (film transport)

โดยวธการแพรเขาไปในรพรนของตวดดซบ และเคลอนทไปตลอดพนผวรพรนของของแขงนน (surface diffusion)

ขนทสาม เปนการดดซบของตวถกดดซบทถกละลายอยภายในพนผวของรพรนของตวดดซบ ซงเกดจากการแพรเขาสรพรนของตวดดซบ (pore diffusion) กลาวไดวาเปนการขนสง

12

ภายในอนภาคของตวดดซบ (intraparticle diffusion) ซงเกดขนอยางรวดเรวมาก จงไมมอทธพลตอการเคลอนทโดยรวม

อตราการดดซบทงหมดถกควบคมโดยขนตอนทเกดชาทสด ซงอาจเปนไดทงการแพรภายในและการแพรภายนอก อยางไรกตามการควบคมอตราการเกดปฏกรยาในบางระบบอาจเกดขนระหวางการขนสงกนภายในอนภาคของตวดดซบและการแพรภายนอก ขนตอนการดดซบทผวของตวดดซบทมรพรนแสดงดงรปท 2.4

รปท 2.4 ขนตอนการดดซบทผวของตวดดซบทมรพรน ทมา: Montgomery (1985) อางโดย เดชา ( )

2.5 สมดลการดดซบ เมอใหตวถกดดซบสมผสกบสารดดซบ ภายในชวงเวลาทนานเพยงพอจะเกดสภาวะทเรยกวา สมดลการดดซบ ซงในขณะนน ปรมาณสารถกดดซบทถกดดซบไวจะสมดลกบปรมาณ หรอ ความเขมขนของสารถกดดซบในวฏภาคของของไหล การดดซบกาซขนกบ อณหภม ความเขมขน หรอความดนยอยของกาซถกดดซบ

สมดลการดดซบทอณหภมคงทเรยกวา isotherm โดยจะเปนเสนตรงหรอไมกได สาหรบกระบวนการแยกกาซผสมโดยการดดซบ หากอตราการดดซบบนตวดดซบของแตละกาซทเปนองคประกอบในกาซผสมมคาใกลเคยงกน สมดลการดดซบของแตละองคประกอบในกาซผสมบนตวดดซบทกาหนด จะแปรตามชนดของตวดดซบจงมความสาคญสาหรบการเลอกตวดดซบทเหมาะสมสาหรบการแยกกาซผสมนน (ไชยวฒน, 2548)

13

Isotherm ของการดดซบ การดดซบเปนปฏกรยาคายความรอน ปจจยทมผลตอการดดซบคอ ความดน อณหภม

ชนดของสารถกดดซบ ความเขมขนของตวถกดดซบ และสารดดซบ การดดซบจงตองคานงถงปจจยเหลานดวย โดยทวไปมกจะควบคมอณหภมการดดซบใหคงท และศกษาความสมพนธระหวางปรมาณของตวถกดดซบกบความดนหรอความเขมขนของสารละลายทสภาวะสมดลของการดดซบ โดยเสนกราฟทแสดงความสมพนธดงกลาวเรยกวา isotherm (วสน, 2545)

Isotherm การดดซบกาซตามระบบ International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) จาแนกไดเปน 6 แบบ ดงแสดงในรปท 2.5 โดย isotherm 5 ชนดแรก (Type I

ถง Type V) ไดถกจาแนกไวตงแต ป ค.ศ. 1940 โดยนกวทยาศาสตร 4 ทาน ไดแก S. Brunauer, L.S.

Deming, W.S. Diming and E. Teller จงอาจเรยก isotherm 5 ชนดแรกวาเปนการจาแนกตามแบบของ BDDT สวนแบบท 6 เปนไอโซเทอมทถกคนพบขนมาใหมของ F. Gregg

รปท 2.5 isotherm ของการดดซบกาซตามการจาแนกของ IUPAC

ทมา: Department of Chemistry, Surface Analysis Facility, University of Oxford (1995) อางโดย ยงยทธ (2541)

Type I เปน isotherm สาหรบการดดซบแบบชนเดยว (monolayer adsorption) หรอเรยกวา แบบ Langmuir ซงเปนแบบทงายทสด สาหรบปรากฎการณการดดซบของสารทไมมความ

14

พรน หรอมรพรนขนาดเลกเปนจานวนมาก เชน ถานกมมนต หรอซโอไลต type I พบทงในการดดซบทางเคม และการดดซบทางกายภาพ ซงปรมาณการดดซบจะเพมขนอยางรวดเรวทความดนสมพทธ (relative pressure) ตาๆ แตทความดนสมพทธสงๆ เขาใกล 1 จะมการดดซบเกดขนเพยงเลกนอย

Type II เปน isotherm รปตวเอส (S-shaped isotherm) มกจะเกดกบวสดทไมมความพรนหรอมความพรนขนาดใหญ (macro-porous) ทจดเปลยนกราฟ (inflection point or knee of

isotherm) เปนตาแหนงทผวหนาถกคลมแบบชนเดยวเกอบสมบรณแลว เมอเพมความดนจะทาใหการดดซบเกดขนมากกวาหนงชน ดงนนการดดซบแบบน จงเปนการดดซบแบบหลายชน(multilayer adsorption)

Type III เปน isotherm ทไมมจดเปลยนกราฟ มรปรางคลายกระจกเวา isotherm แบบนไมคอยพบมากนก จะเกดกบการดดซบทไมแขงแรง เปนการดดซบทเกดกบของแขงทไมมรพรน

(nonporous solid) และของแขงทมรพรนขนาดเลกเปนสวนใหญ แตเปนพวกทมแรงดงดดระหวางตวดดซบและตวถกดดซบทไมแขงแรง ทาใหดดซบไดนอย เกดการดดซบแบบชนเดยวทความดนสมพทธตา แตเมอเกดการดดซบแบบหลายชนจะเกดแรงดงดดระหวางตวถกดดซบดวยกนเองทาใหดดซบไดมากขนทความดนสมพทธทมคาสง

Type IV เปน isotherm ทพบมากในวสดทมรพรน สวนใหญเปนรพรนขนาดกลาง (ขนาดรพรนระหวาง 2-50 นาโนเมตร) ในชวงแรกซงมคาความดนสมพทธตา เสน isotherm จะเหมอนกบ isotherm แบบ type II จากนนการดดซบเพมขนอยางรวดเรวเมอความดนสมพทธสงขนเนองจากเกดการควบแนนแบบแคปลาร (capillary condensation) ขนในรพรน ทาใหเกด hysteresis

loop (วงรอบของการดงดด) ในชวง desorption ซงขอมลของการเกดการควบแนนในชวงแคปลารสามารถนามาคานวณหาการกระจายขนาดของรพรน (pore size distribution) ในของแขงทมรพรนขนาดกลางได การควบแนนแคปลารทาใหชวง desorption มปรมาณดดซบทสงกวาการเกดการดดซบทความดนเทากน

Type V คลาย isotherm type IV แตตางกนเพยง type V เกดการควบแนนในรพรน (ม

hysteresis loop) โดยเสนไอโซเทรมทความดนสมพทธสงอาจมลกษณะคงท หรอเพมขนกได ไอโซเทรมแบบนพบไดในสารดดซบทประกอบดวยรพรนขนาดกลาง หรอรพรนขนาดเลก และเกดขนเมอแรงดงดดระหวางโมเลกลของสารดดซบ และสารถกดดซบมคานอย

15

. การเสอมสภาพของสารดดซบ อนภาคสารดดซบจะถกออกแบบมาจาเพาะกบการดดซบ แตเมอไดรบแรงกระแทกหรอ แรงขดสทเกดขนภายในเครองปฏกรณ อาจทาใหเกดการหลดออกขององคประกอบบางตวของสารดดซบ ทาใหเกดการสณเสยคณสมบตเชงกลของเมดอนภาคนนๆ การเปลยนแปลงทเกดขนมกเปนสาเหตสบเนอง คออาจเกดการแตก หรอเกดผงอนภาคและนาไปสการอดตนการไหล ซงมผลตอการเพมความดนในระบบ หรอเกดชองการไหลภายในเครองปฏกรณ ซงทาใหระบบการไหลภายในเครองปฏกรณเปลยนรปแบบไป นาไปสการสะสมความรอนเฉพาะท ซงเปนผลรวมของความรอนและการเปลยนแปลงปฏกรยา (จตพร และ นรกษ, 2547) การเสอมสภาพของตวดดซบอาจมผลมาจากหลายสาเหต เ ชนเกดจากผลเชงกล

(mechanical) ผลเชงความรอน (thermal) และผลเชงเคม (chemical) แตในทางปฏบตนบวายากทจะแยกความแตกตางของสาเหตของการเสอมสภาพไดอยางชดเจน

Process time

Aciti

vity

deactivation

รปท 2.6 ความสามารถในการทางานของตวดดซบ ทมา: จตพร และ นรกษ (2547)

สาหรบการดดซบ จะเรมมการเปลยนแปลงเมอสมผสกบสารถกดดซบทเกดขนดงรปท 2.6

เหนไดวาสารดดซบมการสญเสยความสามารถในการดดซบจนในทสดเขาสสมดลในระบบ เมอสารดดซบเกดการเสอมสภาพ (deactivation) ทาใหความสามารถในการดดซบหมดไป ซงสวนใหญเกดจากการอมตวหรอเกดจากการเปลยนสภาพ ถาจะทาใหสารดดซบกลบมาทางานเหมอนเดมตองนาสารดดซบมาผานกระบวนการคนสภาพ ซงเปนการเปลยนรปใหสารทเสอมสภาพกลบมาอยในสภาพทสามารถดดซบไดอก

16

2.7 การดดซบระบบสลบความดน การดดซบแบบสลบความดนเปนกระบวนการในการแยกองคประกอบของกาซผสม

โดยอาศยสมบตการดดซบองคประกอบบนตวดดซบทแตกตางกน และสมดลการดดซบทความดนตางกน การแยกองคประกอบของกาซผสมดงกลาวจะอาศยหลกการของการดดซบบนของแขงทมรพรน เมอกาซสมผสกบของแขงกจะถกดดซบเอาไว เชน การดดซบกลนของถานกมมนต การดดซบนาของซลกาเจล และการแยกคารบอนไดออกไซดจากอากาศ เปนตน ระบบดดซบจะใชงานไดดจะตองเลอกตวดดซบ องคประกอบทตองการแยก และระบบการดดซบทเหมาะสม

2.7.1 กระบวนการดดซบแบบสลบความดน

กระบวนการดดซบแบบสลบความดน (รปท 2.7) กาซผสมจะถกแยกออกไดดยงขนเมอความดนของระบบมคาสง แตเมอความดนของระบบลดลง องคประกอบทอยบนผวของตวดดซบซงมปรมาณสงกวาปรมาณทสมดลกบความเขมขนในวฏภาคกาซ ณ บรเวณนนกจะถกคายออกมา ดงนนการดาเนนการจะเกดขนระหวางความดนสงและความดนตาทกาหนดไว กระบวนการดดซบแบบสลบความดนไดถกนามาใชในงานอตสาหกรรมเปนครงแรก เพอแยกความชนจากอากาศ หอดดซบความชนแบบสลบความดน นยมใชอยางแพรหลายในอตสากรรม มลกษณะเปนหอดดซบ 2 หอ การทางานของหอดดซบจะสลบกนทางาน โดยในขณะทหอดดซบหอแรกดาเนนการ หอดดซบหอทสองกจะถกฟนฟสภาพของตวดดซบ ทาใหสามารถดาเนนการผลตไดอยางตอเนอง ตอมาไดมการวจย และพฒนากระบวนการดดซบแบบสลบความดนเพอใหสามารถนาไปใชในอตสาหกรรมอนๆได เชน การแยกอากาศเพอผลตกาซออกซเจนหรอกาซไนโตรเจนการผลตกาซไฮโดรเจนบรสทธ เปนตน

17

BA

Feed

รปท 2.7 ระบบดดซบแบบสลบความดน

ทมา: จตตะเสน (2541)

2.7.2 ขนตอนพนฐานของกระบวนการดดซบแบบสลบความดน

ขนตอนพนฐานเปนขนตอนการดาเนนการทถกออกแบบมาสาหรบการกาจดความชนในอากาศ ซงมขนตอนดงตอไปน (Martin et al., 2006)

การเพมความดน (Pressurization) ในหอดดซบ โดยการอดกาซผสมเขาไปในหอดดซบ ซงในสภาวะความดนสงจะทาใหการดดซบเกดขนไดดยงขน

การดดซบ (Adsorption) กาซผสมจะถกปอนทความดนสง และปลอยใหผลตภณฑไหลออกอกทางดานหนง ดงนนผลตภณฑทไดจะมองคประกอบของกาซทไมถกดดซบเปนสวนมาก

การลดความดน (Blowdown) เปนการปลอยกาซทอยในหอดดซบออกทางดานเดยวกบทปอนกาซผสมเขาไป ความดนภายในหอดดซบจะลดลง ซงจะทาใหปรมาณการดดซบทเกนกวาสมดลออกจากตวดดซบมคาลดลง

การชะลาง (Purge) เปนการปอนผลตภณฑสวนหนงเขาสหอดดซบทความดนตาในลกษณะการไหลกลบ เพอไลองคประกอบทยงคงเหลออยบนผวของตวดดซบออกไป ทาใหตวดดซบอยในสภาพทพรอมใชงานตอไป

18

2.7.3 ขนตอนดาเนนงานทใชในอตสากรรม ขนตอนพนฐานถกพฒนาขนมา เพอกาจดความชนในอากาศ ดงนนเมอนาไปใช

กบกระบวนการแยกกาซผสมอนๆ มกจะพบขอจากดในเรองของสมรรถนะของกระบวนการ กาลงการผลต และประสทธภาพการใชพลงงาน ดงนน จงมกจะมการเพมหรอดดแปลงขนตอนการดดซบกาซโดยใชระบบสลบความดน เนองจากเปนระบบทใชพลงงานนอยเมอเทยบกบการดดซบระบบอน และมคาใชจายในการดาเนนการนอย นอกจากนยงเปนระบบทมการทางานทไมซบซอน

กระบวนการดดซบแบบสลบความดนเปนกระบวนการแยกสารทนามาใชในอตสาหกรรมตางๆมากมาย หลกการคอ การทวสดดดซบดดซบสารทถกดดซบไดมากกวา โดยความสามารถในการดดซบของตวดดซบขนอยกบสมดล และจลศาสตร

กระบวนการดดซบแบบสลบความดนประกอบดวย 2 ขนตอนคอ การดดซบ และการคนสภาพตวดดซบ โดยการดดซบ คอตวถกดดซบทสามารถถกดดซบไดดกวาจะถกดดซบออกจากสารผสมทปอนเขาไป และการคนสภาพตวดดซบ คอตวถกดดซบจะคลายตวออกจากตวดดซบ เพอทาใหสามารถดดซบในขนตอนตอไปไดอก การทางานของหอดดซบระบบสลบความดนประกอบดวยหอ 2 หอ ภายในบรรจตวดดซบ ซงตวดดซบทใชตองสามารถดดซบกาซทไมตองการออกได เมอกาซถกปอนเขามาผานวาลวทความดนสงเขาหอ 1 ภายในหอจะเกดการดดซบขน เมอกาซผานออกทางดานบนเขาสหอ 2

ทความดนบรรยากาศ ทาใหเกดการคายซบ เมอถงเวลาครบรอบ หอ 1 จะเปลยนหนาทจากหอดดซบมาเปนหอคายซบ สวนหอ 2 จะทาหนาทเปนหอดดซบแทน ดงแสดงในรปท 2.8

19

Pressurization AdsorptionPurge Blowdown

Column 1

Product

Column 2

Product

PurgeBlowdownAdsorption Pressurization

รปท 2.8 ขนตอนการดดซบแบบสลบความดน

ทมา: Douglas (1994) อางโดย ชลธรา และ พนารตน ( ) 3. สารดดซบทใชในอตสาหกรรม

การเลอกใชสารดดซบสาหรบการแยกของผสม ตองพจารณาสมบตเฉพาะของสารดดซบแตละชนดเพอใหสามารถแยกไดอยางเหมาะสม ตวอยางตวดดซบทใชในอตสาหกรรม ทจะกลาวถงโดยสงเขปตอไปน มลกษณะแตกตางกนทงกรรมวธการเตรยม สมบต และการประยกตใชงานดงน 3.1 ถานกมมนต (Activated Carbon) วตถดบทใชในการผลตถานกมมนต มองคประกอบหลกเปนธาตคารบอน เชน วตถดบจากการเกษตร ถานโคก ถานหน เปนตน นามาเผาไลองคประกอบทระเหยงาย ท 400-500 องศาเซลเซยส ในบรรยากาศทไมมออกซเจน จะไดถานทมรพรนหรอพนทผวเพมขนเลกนอยเทานน จงตองมการเพมพนทผว โดยทาปฏกรยาเคมกบกาซออกซไดซบางชนด เชน กาซคารบอนไดออกไซด หรอ ไอนา เปนตน จะไดถานกมมนตทมพนทผวจาเพาะ 300-2,500 ตารางเมตรตอกรม (Yang,

1987) และพนทผวไมมขว จงเหมาะสาหรบการดดซบสารประกอบทไมมขว โดยมากใชดดซบไอของสารประกอบอนทรยในกาซ หรอ อากาศ หรอใชดดซบสารประกอบอนทรยทเจอปนในนา

20

นอกจากนถานกมมนตอาจผลตใหมรพรนขนาดเลกเทยบเทากบขนาดโมเลกลของสารบางชนดและมขนาดสมาเสมอได (4-9 องสตรอม) ทเรยกวา คารบอนโมเลกลารซพ (carbon molecular sieve) ซงมกใชแยกกาซผสมดวยอตราการดดซบคงท (Ruthven, 1998) 3.2 อะลมนา อะลมนาผลตจากสารประกอบอะลมนมไตรไฮเดรท (Al(OH)3) ซงเกดขนตามธรรมชาต โดยการเผาไลโมเลกลของนาออกจากสารประกอบทอณหภม 400 องศาเซลเซยส ณ ความดนบรรยากาศ เพอใหเกดผลกอะลมนา ซงมพนทผวประมาณ 250 ตารางเมตรตอกรม หรออาจเผาไลนาทอณหภม 400-800 องศาเซลเซยส ในชวงเวลาสนๆ เพอใหไดอะลมนาทมพนทผวประมาณ 300-350 ตารางเมตรตอกรม และรพรนมกมขนาดใหญกวา 50 องสตรอม นอกจากน พนผวมลกษณะความเปนขวสง จงเหมาะสาหรบการดดซบโมเลกลทมขว เชน ไอนา เปนตน (Yang, 1987) 3.3 ซลกาเจล (Silica Gel)

ซลกาเจลทมาจากการสงเคราะหดวยปฏกรยาเคมระหวาง สารประกอบโซเดยมซลเกต

(sodium silicate) และกรดกามะถน (H2SO4) หรอกรดเกลอ (HCl) จะไดผลกซลกาทมนาอยดวย หรอ ไฮโดรซอล (hydrosol, SiO2.nH2O) ซงมลกษณะคลายเจล เมออบใหแหงจะไดผลกของซลกาเจล ขนกบความเขมขนของซลกา อณหภม และความเปนกรดดางในกระบวนการผลต ดงนน ผลกซลกาเจลจงแบงออกเปน 2 ชนด คอ ซลกาเจลชนดธรรมดาทมพนทผวประมาณ 750-850 ตารางเมตรตอกรม และมขนาดรพรนเฉลยประมาณ 22-26 องสตรอม กบซลกาเจลทมความหนาแนนตา ซงมพนทผวประมาณ 100-150 องสตรอม เนองจากพนผวของซลกาเจลมขวจงสามารถดดซบโมเลกลทมขวไดด เชนเดยวกบอะลมนา แตความสามารถในการดดซบจะลดลงเมออณหภมเพมขน ดงนนจงนยมใชดดความชนทชวงอณหภมปกตหรอสงกวาอณหภมปกตเลกนอย ในขณะเดยวกนพลงงานจากการดดซบโมเลกลของนาใกลเคยงกบปรมาณความรอนแฝงของการควบแนนไอนาทสภาวะเดยวกน จงสามารถนาซลกาเจลกลบมาใชใหมไดงาย โดยการอบไลโมเลกลของนาทถกดดซบไว ณ อณหภมประมาณ 150 องศาเซลเซยส (Yang, 1987)

3.4 ซโอไลต (Zeolite) ซงไดอธบายในหวขอถดไป

21

4. ซโอไลต

ซโอไลต คอ ผลกทประกอบดวยอะลมโนซลเกตทมนาและผลกของโลหะอลคาไลน

หรออลคาไลนเอรท ซงโดยมากมกจะเปนโลหะหม 1 และหม 2 ไดแก โซเดยม (Na) โพแทสเซยม (K) แมกนเซยม (Mg) แคลเซยม (Ca) ลเทยม (Li) สตรอนเนยม (Sr) และ แบเรยม (Br) ไปแทรกตวอยตามชองวางในโครงสรางทมลกษณะเปน 3 มตของอะลมเนยมออกซเจนเตตระฮดรอล (AlO4) และซลกอนออกซเจนเตตระฮดรอล (SiO4) ซงประกอบกนเปนอะลมโนซลเกตโดยการเชอมตอของออกซเจนอะตอมแบบไมสนสด คอ เปนโคโพลเมอร (copolymer) (มนตร, 2542 และ ธระพงษ, 2543)

4.1 โครงสรางและองคประกอบทางเคมของซโอไลต การจดเรยงตวของโครงสรางซโอไลต ขนเรมตนจะเรมจากโครงสรางปฐมภม (รปท

2.9) ทมลกษณะเปนโครงสราง 3 มต ของอะลมเนยมออกซเจนเตตระฮดรอล และซลกอนออกซเจนเตตระฮดรอล ซงประกอบกนเปนอะลมโนซลเกต เมอโครงสรางปฐมภมมการเชอมตอของออกซเจนอะตอมกจะจดเรยงตวเปนโครงสรางทตยภม (รปท 2.10) และเมอมการเชอมตอกนแบบไมสนสด จะเกดเปนโคโพลเมอร

รปท 2.9 รปทรงเตตระฮดรอลของออกซเจนโคออดเนตกบซลกอนหรออะลมเนยมในหนวย เลกๆ(sub unit) ของซโอไลตในหนวยโครงสรางแบบปฐมภม

ทมา: Breck (1974) อางโดย อรชร (2554)

รปท 2.10 โครงสราง 2 มตของอะลมโนซลเกต

ทมา: Breck (1974) อางโดย อรชร (2554)

22

Breck (1974) กลาววาสตรอยางงายของซโอไลต คอ M2/nO.Al2O3.xSiO2.yH2O

โดย M เปนแคตไอออนทมวาเลนซเทากบ n

n เปนวาเลนซของแคตไอออน (M) โดยมากเทากบ 1 และ 2 สาหรบโลหะอลคาไลน หรอโลหะอลคาไลนเอรท ตามลาดบ

x เปนจานวนโมลของ SiO2โดยมากจะมคา ≥ 2

y เปนจานวนโมลของนาทอยในชองวางของผลกซโอไลต

และ Breck (1974) สรปวาสตรและหนวยเซลล (unit cell) ของซโอไลต คอM2/n[(AlO2)x.(SiO2)y].wH2O โดย M และ n หมายถงเชนเดยวกบทกลาวมาแลว และ

w เปนจานวนโมลของนาตอหนวยเซลล x+y เปนจานวนรปของเตตระฮดรอลทงหมดของหนวยเซลล y/x มคาตงแต 1-5 โดยขนอยกบโครงสราง

[ ] แสดงองคประกอบในโครงสรางผลก ซลกอนออกซเจนเตตระฮดรอล (SiO4) มประจลบส และอะลมเนยมออกซเจนเตตระฮ

ดรอล (AlO4) มประจลบหา การเชอมตอกนของซลกอนออกซเจนเตตระฮดรอล กบอะลมเนยมออกซเจนเตตระฮดรอลเปนโครงรางตาขายทาใหมประจลบเกดขน เนองจาก Al3+ เขาไปแทนท Si4+

ในโครงสราง ซงจะถกทาใหสมดลโดยประจบวกจากแคตไออนของโลหะแอลคาไลนหรอแอลคาไลนเอรท ดงสมการ

(SiO2)n Xxm(AlO2)x(SiO2)n-x

โดย M เปนแคตไอออนของโลหะทมประจ +m

X เปนจานวนอะตอมของอะลมเนยม

n เปนจานวนโมลของ SiO2

เนองจากโครงสรางของซโอไลตมชนาดชองวางหรอโพรงทสมาเสมอ โดยทวไปมคาประมาณ 3-10 องสตรอม โดยขนอยกบหนวยโครงสรางของผลก จงทาใหซโอไลตยอมใหโมเลกลทมขนาดเลกกวาโพรงเขาไปในโครงสราง แตโมเลกลทมขนาดใหญกวาไมสามารถผานเขาได นอกจากซโอไลตแลว ถานหน แกวทมรพรน (porous glass) activated carbon กมสมบตนเชนกน อยางไรกตามสมบตของการดดซบของซโอไลตขนกบลกษณะโครงสราง ขนาด รปราง และชองวางภายโครงผลก รวมไปถงตาแหนงของประจ และขนาดของแคตไอออนทอยในโครงสราง (Breck, 1974) อางโดย อรชร (2554)

23

4.2 สมบตภายในโครงสรางซโอไลต ชองวางภายในโครงสรางซโอไลตตามธรรมชาตจะเชอมตอกนดวยอะตอมของ

ซลกอน และออกซเจน โดยซโอไลตสามารถกกเกบนาไดสง มความหนาแนนตา และปรมาตรชองวางจะมากเมอถกดงนาออกจากโครงสราง

4.2.1 ชองวางภายในโครงสรางซโอไลต

ธรรมชาตของชองวางทเชอมตอกนในซโอไลตทถกไลนาออกหมดแลวจะเปนตวการสาคญในการกาหนดสมบตทางเคมและทางกายภาพของซโอไลต ระบบชองวางในโครงสรางม 3 ระบบดงน

ระบบ 1 มต (One-dimensional System) ชองวางในระบบนจะไมตดกนเลย เชน ชองวางใน Analcime ดงแสดงไดในรปท 2.11

รปท 2.11 ชองวางในโครงสรางของ Analcime จะไมตดกน

ทมา: Breck (1974) อางโดย อรชร (2554) ระบบ 2 มต (Two-dimensional System) จะพบชองวางแบบนในซโอไลตกลม Mordenite และ Natrolite โดยในกลม Mordenite จะมชองวางหลกอยในระนาบ c และเชอมโยงกนดวยโพรงเลกๆ ในระนาบ a ดงแสดงในรปท 2.12

รปท 2.12 ชองวาง 2 มต (a)ใน Mordenite (b) ใน Natrolite

ทมา: มนตร (2542)

(a) (b)

24

ระบบ 3 มต (Three-dimensional System) ระบบนมการตดกน

ในชองวาง แบงยอยไดเปนอก 2 ประเภทคอ (ก) มชองวางเทากนในทกทศทาง (equidimensionals) มเสนผาศนยกลาง

ของชองวางเทากนหมด โดยไมคานงถงทศทาง เชน ซโอไลต A เปนตน (รปท 2.13 a)

รปท 2.13 ชองวาง 3 มต ของซโอไลต A

a) ขนาดชองวางเทากนทกทศทาง b) ขนาดชองวางเทากนแตไมตดกน

ทมา: เรวด (2544) (ข) มการตดของชองวาง แตขนาดเสนผาศนยกลางของชองวางไมเทากน

ขนกบทศทางการเกดผลก เชน Gmelinite เปนระบบชองวางทเทากนแตไมตดกน (รปท 2.13 b),

Levynite เปนระบบชองวาง 3 มตทมการตดกนของชองวาง (รปท 2.14)

รปท 2.14 ระบบชองวาง 3 มตทมการตดกนของชองวาง

a) Chabazite b) Gmelinite c) Erionite d) Levynite

ทมา: มนตร (2542)

4.2.2 ความหนาแนนของโครงสรางผลกของซโอไลต

ลกษณะนาผลกของซโอไลตจะแปรผนไดมากมาย ตงแตสภาพทสามารถอธบายไดงายทสด คอ โมเลกลเดยวๆ จนกระทงในสภาพทจบตวกบประจบวก และออกซเจนในโครงสรางผลก โดยขนกบขนาดของชองวางภายในโพรงทมอย

25

ปรมาตรในโครงสรางผลกจะถกทาใหเตมดวยนามากถงรอยละ 50 ของปรมาณทงหมดของผลก เมอทาการไลนาออกจากผลกของซโอไลตจะไดชองวางซงสามารถบรรจโมเลกลสารชนดอนเขาไปไดปรมาตรชองวางในโครงสรางผลกสามารถหาไดจากปรมาณนาทอยในโครงสราง ความหนาแนนโดยมากขนอยกบปรมาณรปทรงสหนาในผลก ความหนาแนนของโครงสรางผลก (framework density, d f )ในหนวย กรมตอลกบาศกเซนตเมตร หาไดดงสมการ

(Breck, 1974)

d f = 1.66 [M] / V = 1.66 [59x + 60y] / V

โดยท M เปนนาหนกโครงสรางผลก

x และ y เปนจานวนของ AlO2 และ SiO2 ในหนงหนวยเซลล ตามลาดบ V เปนปรมาตรของหนวยเซลลทมหนวยเปน A3

ความหนาแนนทไดนมคาเกอบ 10 เทาของจานวนรปทรงสหนา/1000 A3

นอกจากนความหนาแนนยงขนกบเศษสวนของชองวาง (void fraction V f ) ดวย ดงรปท 2.15

รปท 2.15 ความสมพนธระหวางอตราสวนชองวาง (Vf) กบความหนาแนน (df)

ทมา: Breck (1974) อางโดย ธระพงษ ( )

4.3 ประเภทของซโอไลตตามหนวยโครงสราง ซโอไลตตามลกษณะโครงสราง สามารถแบงได 3 ประเภทดงน

4.3.1 หนวยโครงสรางปฐมภม (Primary Building Units)

โครงสรางปฐมภมเปนหนวยพนฐานทสดของซโอไลต มลกษณะเปน

โครงสรางสหนาของซลกาหรออะลมนา โดยความยาวของพนธะ และมมระหวางพนธะของซลกอนกบออกซเจนหรออะลมเนยมกบออกซเจนเปนตวกาหนดโครงสราง (structure) และชนด (type) ของซโอไลต

26

4.3.2 หนวยโครงสรางทตยภม (Secondary Building Units)

โครงสรางทตยภมเกดจากโครงสรางปฐมภมตดกนเปนวงเหลยมตางๆ เชน เปนวงเดยว (เชน S4R, S6R) หรอตอกนเปนวงค (เชน D4R, D6R) ชนดของซโอไลตแบงตามโครงสรางทตยภมได ชนด ดงรปท 2.16 และ ตารางท 2.1

รปท 2.16 ลกษณะโครงสรางทตยภมของซโอไลต ทมา: Breck (1974) อางโดย อรชร (2554)

ตารางท 2.1 ชนดของซโอไลตทแบงตามโครงสรางทตยภม

ชนดของซโอไลต ลกษณะหนวยโครงสรางปฐมภม

1

2

3

4

5

6

7

8

วงเดยว มม (Single 4 – ring,S4R )

วงเดยว มม (Single 6 – ring,S6R )

วงเดยว 8 มม (Single 8 – ring,S8R )

วงค มม (Double 4 – ring,D4R )

วงเดยว มม (Single 6 – ring,D4R )

วงเชงซอน - (Complex 4-1 –T6O104-1 )

วงเชงซอน - (Complex 5-1 –T8O105-1 )

วงเชงซอน - - (Complex 4-1-1 –T10O204-1-1 ทมา: Breck (1974) อางโดย อรชร (2554)

4.3.3 หนวยโครงสรางตตยภม (Tertiary Building Units)

หนวยโครงสรางตตยภมเปนหนวยโครงสรางรปทรงหลายหนา ซงเปน

โครงขายอะลมโนซลเกตของซโอไลต โดยทวไปมกเกดจากโครงสรางทตยภมตงแต 2 ชนดขนไป ทาใหเกดหนวยยอยของโครงสรางทมขนาดใหญขนทาใหมรปทรงตางๆ เชน รปทรงแปดหนามม

S4R S6R S8R D4R D6R

27

ตดหรอ (truncated octahedral type) ยสบหกหนาหรอ (truncated cubooctahedron) สบแปดหนาหรอ (18-hedron) สบเอดหนาหรอ (11-hedron) ดงแสดงในรปท 2.17

รปท 2.17 ลกษณะหนวยโครงสรางรปทรงหลายหนา ทมา: Breck (1974) อางโดย เรวด (2544)

และทเปนทรงเหลยมหลายหนา (polyhedral) ทมสมมาตรสง ทรงหลายเหลยมชนดทรงโซดาไลต (sodalite cage) ทมรปทรงสเหลยมแปดหนาทถกตดมมออก และเกดเปนทรงสเหลยมสบสองหนา (octahedral)

4.4 ทมาของซโอไลต

ซโอไลตเกดได 2 วธ 4.4.1 ซโอไลตทเกดตามธรรมชาต (Mineral Zeolites or Naturally Occuring

Zeolite) ถกคนพบจากการทาเหมองแรซงเปนกลมของผลกอะลมโนซลเกตของโมโนหรอไดวาเลนตเบส (mono or divalent base) อาจมการสญเสยนาในผลกบางบางสวนหรอทงหมด โดยทโครงสรางจะไมมการเปลยนแปลง ตวอยางซโอไลตธรรมชาต เชน Erionite, Mordernite และ Gmelinite เปนตน

4.4.2 ซโอไลตทเกดจากการสงเคราะหทางเคม (Synthetic Zeolites) โดยการทาปฏกรยาของดางออกไซดตางๆ เชน Al2O3, SiO2, Na2O และ K2O ในระบบทมนา เพอใหได ซโอไลตทมนาในผลก และการสงเคราะหสามารถทาได ทงทเปนเจล (gelation) เปนรพรน (porous)

และลกษณะคลายเมดทราย (sandlike) เชน zeolite A, X และ Y (Dryer, 1988)

4.5 การสงเคราะหซโอไลต การสงเคราะหซโอไลตทาโดยการปรบปรงคณภาพดวยความรอนทอมตวดวยไอนา

(hydrothermal treatment) โดยทาปฏกรยาทอณหภมสงถง 200 องศาเซลเซยส และความดนสง การทาปฏกรยานจะถกทงไวตามระยะเวลา ความดน และอณหภมทกาหนดภายใตปรมาณนาทมมาก

28

เกนพอ นอกจากน ยงมวธการใหมๆในการสงเคราะหซโอไลตทอณหภมหองจนถงอณหภมนาเดอด (Melian et al., 2006)

การสงเคราะหซโอไลตดวยวธไฮโดรเทอรมอลจะทาใหซลกา อะลมนา และโลหะแอลคาไลนรวมตวกนเปนเจลทมลกษณะไมเปนเนอเดยวกน แตจะกอตวขนเปนผลกอยางชาๆภายในชวงเวลาทเกดปฏกรยา อณหภมการเกดผลกจะอยในชวง 150 องศาเซลเซยส หรอสงกวานนทความดนเทากบความดนของไอนาอมตวในขณะนน ในบางครงอาจเกดเปนผลกซโอไลตไดมากกวาหนงชนด ผลตภณฑทไดทายสดจะขนอยกบความสมพนธหลายปจจย เชน อตราสวนของ SiO2/AlO2

ของสารตงตน อณหภม คาความเปนกรด-ดาง ปรมาณนาทเตม ชวงเวลาในการทาปฏกรยา อตราเรวในการกวน และ ปรมาณแคตไอออนของทงสารอนทรยและสารอนนทรยทปะปนอย โดยปกตการกอตวขนของซโอไลตมความสลบซบซอนมาก แตแนวความคดหลกอยทวาแคตไอออนทมอยจะชวยทาใหเกดแรงกระทาตอ templating action ไดดขนาดไหน ซงเปนการนาสารอนทรยและสารอนนทรยมาใชเปนแมแบบเพอใหอะตอมของสารทตองการเกดผลกเขามาเกาะ ทาใหโครงสรางของผลกทเกดขนมลกษณะโครงสรางคลายของแมแบบ แลวสารทนามาเปนแมแบบจะถกกาจดออกไปในขนสดทายของการสงเคราะห เหลอแตโครงสรางผลกของสารทตองการเทานน

4.6 ประโยชนของซโอไลต ซโอไลตสงเคราะหมประโยชน และถกนามาใชมากกวาซโอไลตธรรมชาตเนองจากซ

โอไลตสงเคราะหมองคประกอบทสมาเสมอ มโครงสรางแนนอน และคอนขางบรสทธ มสารปนเปอนนอย ปจจบนซโอไลตมประโยชน และบทบาทในอตสาหกรรมหลายดานดงตอไปน

- ใชเปนสารเรงปฏกรยาในอตสาหกรรม เชน ใชเปน cracking catalyst ในอตสาหกรรมนามน ใชเปนสารเรงปฏกรยาการเปลยน methanol เปน gasoline และใชเปนสารเรงปฏกรยาในกระบวนการผลต polyethylene ใหมสมบตเฉพาะเจาะจงมากขน

- ใชเปนสวนผสมในผงซกฟอก เนองจากซโอไลตมคณสมบตทเหมาะสมสาหรบผสมทาผงซกฟอก (detergentbuilders) คอมคาความจ (capacity) และจลศาสตร (kinetics) มากทาใหการแลกเปลยนแคตไอออนเกดขนไดมาก และเรว นอกจากนซโอไลตสามารถใชแทนฟอสเฟตได ซงฟอสเฟตทผสมในผงซกฟอกถาใชในปรมาณทมากเกนจะทาใหเกดปญหามลพษได คอ ฟอสเฟตจะทาใหพชนาหรอแพลงกตอนพชเจรญเตบโตอยางรวดเรว สงผลใหเกดปญหาในการกาจด เมอพชนาหรอแพลงกตอนพชเหลานตายลง และทบถมกนมากเขาจะทาใหนาเนาเสย และยงทาใหปรมาณสตวลดลงไดเนองจากขาดออกซเจน

29

- ใชเปนสารลดความกระดางของนา (water softener) ไดเนองจากซโอไลตสามารถแลกเปลยนแคลเซยมไอออน และแมกนเซยมไอออนทละลายอยในนากระดาง

- ใชเปนสารดดซบ ซงใชในการแยก และทาใหบรสทธในกระบวนการอตสาหกรรมทางเคม เชน กระบวนการ drying ของ natural gas ซงแยก CO2 และสารประกอบ sunfur ทมาจากธรรมชาต ตลอดจนแยกกาซทอาจกอใหเกดมลพษ เชน SO2, NO2 และ O2 จากอากาศ เปนตน นองจากโมเลกลของซโอไลตมความพรนมาก จงสามารถดดซบโมเลกลอนๆไดดโดยอาศยความแตกตางของขนาด และรปรางโมเลกลในการแยกสารตางๆ ออกจากกน

สาหรบการดดซบกาซ และไอนน เมอทาการไลนาออกจากโมเลกลของซโอไลตโดยใหความรอนท 350-400 องศาเซลเซยส เปนเวลา 2-3 ชวโมง รพรนในโมเลกลของซโอไลตจะวางเปลา และสามารถดดซบโมเลกลอนๆได จากคณสมบตนจงมการนาไปใชในการแยกสารบางอยางออกจากกนโดยอาศยความแตกตางของขนาด และรปรางโมเลกล รปท 2.18

30

รปท 2.18 ขนาดรพรนทสงผลตอการดดซบกาซ

ทมา: Szostak (1989) อางโดยเรวด (2544)

จากรปท 2.17 มการนาขนาดรพรนทสมาเสมอของซโอไลต ไปใชในการดดซบ หรอ คดแยกโมเลกลกาซ เชน นยมนาซโอไลต X มาใชในการดดซบกาซ หรอ คดแยกกาซไฮโดรคารบอน (Szostak, 1989)

4.7 สมบตของซโอไลต 4.7.1 ความมขว โดยปกตความเปนขวของสารสามารถพจารณาไดจาก ความแตกตางของ electron

31

density ในโมเลกลของสารนน หากมการกระจายตวในสวนใดสวนหนงของโมเลกล สารนนจะแสดงวา dipole moment เชน นา ม dipole moment ไปตามทศทางของออกซเจน หากสารทมการกระจายตวของ electron density ทแตกตางกน แตไมมทศทางทชดเจน จะพจารณาจาก quadrapole

moment ทจะแสดงความมขวเมอถกทาใหมขว เชน dipole moment ของนา การวดคาของ dipole หรอ quadrupole moment นนทาไดยาก ในทางปฏบตจะพจารณาความมขวจากคาคงทคไฟฟา ซงวดไดจากการทดลอง

สวนความมขวของซโอไลตจะขนกบสนามไฟฟาสถตยภายในรพรนทเกดจากแรงกระทาระหวางประจโดยเราสามารถพจารณาจดระดบความมขวของซโอไลตจาก Si/Al ทแตกตางกนไดดงน

Si/Al ตงแต 1-3 มขวมาก

Si/Al ระหวาง 4-7 มขวปานกลาง

Si/Al ระหวาง 8-15 มขวตา Si/Al มากกวา 15 ไมมขว

สารทมขวจะดดซบไดดดวยซโอไลตทมขว ในขณะทสารทไมมขวจะถกดดซบไดดในสารทไมมขว

Site proximity (ระยะหางระหวางตาแหนงทมการแลกเปลยนไอออน) ของซโอไลตเปนอกปจจยทมผลตอความสามารถในการดดซบ โดยเฉพาะสาหรบสารทมขวอนเนองมาจาก quadrupole moment หากการกระจายตวของ electron density ในโมเลกลของสารมความเหมาะสมกบ site proximity ในรพรน จะทาใหการดดซบเกดขนไดด (Ertan, 2004)

โดยปกตคารบอนไดออกไซดจะมรปรางเปนเสนตรง เมอถก polarized บนพนผวของซโอไลตทถกดดซบ ทาใหมโครงสรางเปนมมงอ เกดไดในรพรนทม site proximity ใกลกนเทานน ซงมความแขงแรง และแบงเปน

(1) การดดซบทางเคม (Chemisorption) จะเกดขนเพยงชนทตดกบผวเทานน ความ

สามารถในการดดซบจะขนอยกบ interaction ของสารนนกบ site (ระยะหาง) เปนหลก ลกษณะขนาดของไอออนใกลเคยง site จะมผลอยางมาก สวนขนาด และปรมาณรพรนจะมผลนอยมาก

(2) การดดซบทางกายภาพ (Physisorption) อาจเกดขนไดเปนหลายชน ความแขงแรงในการดดซบจะตากวา chemisorption โดยความสามารถในการดดซบทางกายภาพจะขนกบขนาดและปรมาตรรพรนเปนหลก อยางไรกตามการดดซบแบบ chemisorption สามารถเหนยวนาทาใหเกดการดดซบแบบ physisorption ในชนการดดซบถดมาได กลาวคอในรพรนขนาดเลกทสาร

32

สามารถดดซบไดเพยง monolayer จะม adsorption strength ทแขงแรงกวาอยางมาก และในรพรนขนาดใหญขน adsorption strength จะลดลงแบบ exponential เนองจากสดสวนของสารทถกดดซบแบบ physisorption เพมขนมากกวาแบบ chemisorption

เมอประกอบกบความสามารถในการคดสรร การแยกดวยขนาด สามารถทจะเลอกใช

ซโอไลตทมขนาดรพรน และความมขวทเหมาะสมในการแยกสารไดอยางมประสทธภาพเพมขน

4.7.2 อณหภม

โดยทวไปแลวการดดซบจะเกดไดดทอณหภมตา เนองจากมสมบตทาง

thermodymic เปนแบบ exothermic เมออณหภมเพมสงขน จะทาใหอตราการดดซบลดลง แตการคายซบจะเพมมากขน การแพร (diffusion) มความสาคญอยางมากตอการดดซบในรพรนจลภาค

การดดซบจะเกดขนไดไมด หากโมเลกลทดดซบอยกอนไมแพรเขาไปในรพรนดานใน การแพรจงเปรยบเสมอนการคายซบจากตาแหนงหนงไปดดซบอกตาแหนงหนงภายในรพรน

โมเลกลของสารกอนถกดดซบจะมพลงงานศกยทสงอยคาหนง เมอเกดการดดซบ ทาใหสารมพลงงานลดลงอยางมาก พลงงานทคายออกมาเรยกวา พลงงานการดดซบ (adsorption

energy) โดยโมเลกลของสารทถกดดซบจะมความเสถยรมากขน การทโมเลกลของสารถดไปจะเขามาดดซบไดโมเลกลของสารจาเปนจะตองเคลอนทเขาไปอยในรพรนของซโอไลตสวนทลกเขาไป

เพอทจะเกดทวางใหสารโมเลกลอนสามารถดดซบได ซงจาเปนตองใหพลงงานคาหนง ทตองมคามากกวาคาพลงงานการดดซบ ณ ตาแหนงนน จงจะสามารถทาใหโมเลกลของสารเคลอนทตอไป

พลงงานทใชในการคายซบภายในรพรนเพอใหเกดการแพรน เรยกวา พลงงานกระตนของการแพร

(activation energy of diffusion) และพบวาเมออณหภมสงขนการแพรผานภายในรพรนจะสงขน

เนองจากมสดสวนของโมเลกลทม kinetic energy มากกวา activation energy of diffusion อยางไรกตาม ความสามารถในการดดซบของโมเลกลในซโอไลตกจะลดลง เนองจากมการแขงขนระหวางการดดซบ และการคายซบนนเอง เรยกกลไกการแพรนวา การแพรแบบดดซบ (adsorption

diffusion) ซงอณหภมจะมผลอยางมากตอ adsorption selectivity โดยจะมอณหภมทเหมาะสมในชวงแคบๆ เทานน ททาใหเกดการคดสรรการดดซบทด

นอกจากการแพรในรพรนแลว การแพรระหวางอนภาคซโอไลตกมผลตอการดดซบเชนกน เนองจากซโอไลตมอนภาคขนาดเลก (0.5-10 ไมโครเมตร) จงไมสามารถใชงานไดในลกษณะอนภาคเดยว แตตองขนรปเปนเมดขนาดประมาณ 2-5 มลลเมตร โดยอาศยการเชอมยดอนนทรย (inorganic bider) ใหอนภาครวมกนเปนกอนโดย pellet จะประกอบดวยอนภาคซโอไลตทยดกนดวย bider ทาใหเกดชองวางระหวางอนภาคขนใน pellet การแพรในชองวางนจะมผลตออตรา

33

การดดซบ โดยการแพรทดจะชวยใหการดดซบเกดไดเรวขน แตจะไมมผลตอการคดสรรการดดซบ กลาวคอ การแพรจะดขนเมออณหภมสงขน และโมเลกลขนาดเลกจะแพรไดดกวาโมเลกลขนาดใหญ

จะเหนไดวาทงขนาด รปราง โมเลกลของสาร ขนาดรพรนของซโอไลต และอณหภมทใชในการดดซบ มผลตอความสามารถในการดดซบ และการคดสรรการดดซบ ซงจะตองพจารณาเปนกรณๆรวมกบผลการทดลอง ซงแสดงในลกษณะของสมดลการดดซบทอณหภมคงท หรอทเราเรยกวา ไอโซเทอรมของการดดซบ (adsorption isoterm) นนเอง

5. ชนดของซโอไลตทใชดดซบกาซ ตวอยางซโอไลตทนยมใชดดซบกาซ เชน 5.1 ซโอไลต 4A ซโอไลต 4A เปนซโอไลตสงเคราะหในกลมท 3 ซงมโครงสรางพนฐานเปนแบบ D4R

ตามการจดจาแนกของ Breck (1974) ดงรปท 2.19

รปท 2.19 โครงสราง D4R ของซโอไลต 4A

ทมา: อาณต และ ยทธเกยรต (2536)

ซโอไลต 4A ประกอบดวยรปทรงหลายเหลยม 2 ชนด คอ รปทรงสหนา หรอ D4R 2 โมเลกลจบตวกนเปนรปลกบาศกดงแสดงในรปท 2.20 และรปทรงสหนา 24 โมเลกลจบตวกนเปนรปทรงกรวยแปดหนาหรอทรง β รปท 2.20

34

รปท 2.20 การจบตวเปนรปทรงกรวยแปดหนา (truncated octahedral) ในซโอไลต 4A

a)โครงสรางรปทรงหลายเหลยม b) โครงสรางทรงลกบาศก ทมา: อาณต และ ยทธเกยรต (2536)

5.1.1 องคประกอบของซโอไลต A

ตามปกตซโอไลต 4A ประกอบดวย 24 โมเลกลของรปทรงสหนาโดยเปน 12

โมเลกลของ AlO4 และ 12 โมเลกลของ SiO4 และมนาประกอบอย 27 โมเลกลโดยมการสลบกนไปมาของ AlO4 และ SiO4 ภายในโมเลกล และอตราสวนของ Si/Al เปน 1/1

โดยปกตซโอไลต 4A จะถกสงเคราะหอยในรปของโซเดยมไอออน 5.1.2 การสงเคราะหซโอไลต 4A

ซโอไลต 4A สงเคราะหไดภายใตสภาวะไฮโดรเทอรมอล โดยการตกผลกในระบบสารละลายทมนาเปนตวทาละลาย ทมสวนผสมทางเคมทเหมะสม สภาวะทวไปของการสงเคราะหเปนดงน

มสารตงตนทวองไวในการเกดปฏกรยา ทาปฏกรยาในสภาวะทมคาความเปนกรด-ดาง สง

อณหภมตาและความดนในปฏกรยาตา เจลมความเขมขนอมตวยงยวดเพอใหเกดการตกผลกไดงาย โดยเจลทใชคอ

สารประกอบอะลมโนซลเกตทมนาอยมาก ซงเตรยมจากสารละลายทมนาเปนตวทาละลาย ทวองไวในการเกดปฏกรยา ของแขงแขวนลอยหรออะลมโนซลเกตทวองไวในการเกดปฏกรยา เชน metacalin การเกดผลกซโอไลตดงแสดงรปท 2.21

a b

35

NaOH(aq)+NaAl(OH)4(aq)+Na2SiO3 (aq)

[Naa(Al2)b(SiO2)NaOH.H2O] gel

Na[(Al2)x(SiO2)y].mH2O solution

(zeolite crystal)

รปท 2.21 แผนภาพปฏกรยาการเกดผลกของซโอไลต 4A


อาจเตรยมเจลทจะเปนซโอไลตตางๆจากสารตงตนทละลายนา เชน NaAlO2,

Na2O.SiO2 และ NaOH ในอตราสวนทแตกตางกน

5.1.3 สมบตของซโอไลต 4A

สมบตทวไปของซโอไลต 4A แสดงในตารางท 2.2

ตารางท 2.2 สมบตทวไปของซโอไลต 4A

ปจจย สมบต รปแบบ ส รปทรงผลก

ขนาดอนภาค

ความหนาแนน นาหนกทหายไปท 800 องศาเซลเซยส ความเปนกรด- ดาง

คาความสามารถในการแลกเปลยนไอออน

คาความสามารถในการแลกเปลยน

แคลเซยมไอออน

อสระ

ขาว ลกบาศก

4-6 ไมโครเมตร

25-30 ปอนดตอลกบาศกฟต รอยละ 18-22

10.1-11.1

5.6 มลลอคววาเลนทตอกรมซโอไลต

3.0 มลลกรมแคลเซยมคารบอเนตตอกรมซโอไลต

ทมา: Breck (1974) อางโดยเรวด (2544)

25oC

25oC

36

(1) สมบตทางกายภาพ ซโอไลต 4A เปนผลกรปรางเฉพาะแบบ penetration twins ดงรปท 2.22 ม

ขนาด 1-10 ไมครอน ความหนาแนนอยในชวง 1.9-2.3 กรมตอมลลลตร ซงความหนาแนนของ ซโอไลต 4A จะเปลยนไปตามปรมาตรรพรน

รปท 2.22 ภาพ scanning electron microscrope ของซโอไลต 4A


(2) สมบตทางเคม

ซโอไลต 4A สามารถเปลยนเปนซโอไลต P ไดจากการทาปฏกรยากบดางแกในสภาวะทเหมาะสม และสามารถเกดปฏกรยาตอไปไดไฮดรอกซโซดาไลต การสงเคราะหซโอไลต 4A มกจะพบวามซโอไลต P ปนมาดวยเสมอ แตซโอไลต P ไมสามารถเปลยนกลบมาเปน ซโอไลต 4A ไดอก แตจะเปลยนไปเปนไฮดรอกซโซดาไลตได

(3) สมบตในการดดซบ

เมอใหความรอนท 350-400 องศาเซลเซยส เปนเวลา 2-3 ชวโมง เพอไลนาออกจากโมเลกลของซโอไลต รพรนในโมเลกลซโอไลตจะวางเปลา และสามารถดดซบโมเลกลอนๆได จงมการนาไปใชแยกแยกสารบางอยางออกจากกนโดยอาศยความแตกตางของขนาด และรปรางโมเลกล

(4) สมบตในการแลกเปลยนแคตไอออน แคตไอออนทสามารถแลกเปลยนกบซโอไลต จะเกาะอยทโครงสราง

รปทรงสหนาของซโอไลต ซงสามารถแลกเปลยนไดงายดวยแคตไอออนตวอนๆในสารละลายเขมขน ซโอไลตมคาความจสงถง - มลลอคววาเลนทตอกรม ซงขนอยกบปรมาณอะลมนาในโครงสรางผลก โดยคาความจการแลกเปลยนแคตไอออนบอกใหทราบถงจานวนอะลมเนยมทเขา

37

ไปแทนทซลกอนในโครงสรางรปทรงสหนา การแลกเปลยนประจไมทาใหสมบตของซโอไลต 4A

เปลยนไป ดงนนจงนาซโอไลต 4A มาใชประโยชนในการกาจดความกระดางของนา โดยมกลไกดงตอไปน (รปท 2.23)

รปท 2.23 กลไกการเปลยนไอออนของซโอไลต A


เนองจากโครงสรางทเปน มต ทาใหเกดชองวางทแคตไอออนเขาไปอยไดโดยไมเกดการบวมหรอการเปลยนแปลงของโครงสราง ซโอไลตจงสามารถแลกเปลยนแคตไอออนไดด ทาใหสามารถนาไปใชเปนเรซนเพอแลกเปลยนกบแคตไอออนของไดวาเลนต

(divalent) ได ความสามารถในการแลกเปลยนแคตไอออนของซโอไลตสรปไดดงน Zn2+> Sn2+> Ba2+> Ca2+> Ni2+> Cd2+> Hg2+> Mg2+

การแลกเปลยนประจจะเกดไดด เมอลกษณะโครงสรางของซโอไลต ขนาด ประจของแคตไอออน ความเขมขนของแคตไอออน ชนดของแอนไอออนทรวมตวกบแคตไอออนในสารละลาย อณหภมทใช pH ของสารละลาย และเวลาทใชในการแลกเปลยนไอออนมความเหมาะสม และสามารเกดไดดในสารละลายทมตวทาละลายเปนนา (ธรพงษ, 2543)

จานวนแคตไอออน M ทใชในการดลประจของซโอไลตจะขนกบจานวน AlO2

- ในโครงสราง framwork และจานวนประจ n เชน จานวน monovalent cation จะเทากบ จานวน AlO2

- ในซโอไลต และจานวน divalent cation จะเทากบครงหนงของจานวน AlO2- เปนตน

(ธรพงษ, 2543) อกทงโดยทวไป สมบตของพนผวซโอไลตขนกบสดสวน Si/Al โดยความมขวจะลดลงเมอสดสวน Si/Al เพมขน เนองจากจานวนประจของอะลมเนยมลดลง ดงนน สดสวน Si/Al จงเปนดชนหนงทกาหนดสมบตในการดดซบของซโอไลตแตละชนด โดยการดดซบบนพนผวซโอไลตทมสดสวน Si/Al นอยกวา 8-10 มกไดรบอทธพลของแรงดงดดทางไฟฟาสถต เนองจาก

water Na+

Ca++

Na+

water

Zeolite

Crystal

38

ประจลบของอะตอมอะลมเนยม และสมบตการถกเหนยวนาใหเกดความเปนขวของโมเลกลสารประกอบแตละชนด

6. งานวจยทเกยวของ ประภส และคณะ (2555) ศกษาการเพมศกยภาพในการนากาซชวภาพมาใชทดแทนเชอเพลงกาซธรมชาตสาหรบรถยนตการทดลองใชชดทดลองการดดซบแบบสลบความดนทประกอบดวย หอดซบซงบรรจตวดดซบ ซโอไลต 13X จานวน 2 หอ พบวาความดน อณหภม และปรมาณตวดดซบมผลตอประสทธภาพของการดดซบโดยเมอเพมปรมาณตวดดซบเปน 450 กรม

ความดน เปน 7 บรรยากาศ และลดอณหภมลง เทากบ 4 องศาเซลเซยส จะทาใหระบบสามารถดดซบไดดขน โดยดดซบกาซคารบอนไดออกไซดไดรอยละ 83 และจากการศกษาประสทธภาพของการดดซบพบวา ระบบสามารถเพมสดสวนของกาซมเทนไดถงรอยละ 82-96 ขนทอง (2553) เตรยมเมมเบรนไคโตซานเพอแยกกาซคารบอนไดออกไซดออกจากกาซมเทนในระบบกาซชวภาพ ไคโตซานทใชมมวลโมเลกล และรอยละการกาจดหมแอซทล

เทากบ 9.5X105 ดอลตน และ 90±5 ตามลาดบ ซโอไลต A ทใชมขนาดรพรน พนทผว และปรมาตรรพรน เทากบ 2551.6 องสตรอม, 13.9 ตารางเมตรตอกรม และ 0.0137 ลกบาศกเซนตเมตรตอกรม

ตามลาดบ เมมเบรนทเตรยมขนในงานวจยนไดแก เมมเบรนเชอมขวางไคโตซาน, เมมเบรนไมเชอมขวางไคโตซาน, เมมเบรนเชอมขวางไคโตซาน–ซโอไลต, เมมเบรนไมเชอมขวางไคโตซาน–

ซโอไลต และเมมเบรนเชอมขวางไคโตซาน–ซโอไลตชนดบวมตวดวยนา ในการเชอมขวางเมมเบรนไคโตซานใชสารละลายกรดซลฟวรกรอยละ 4 โดยนาหนก ปรมาณการใชซโอไลต A รอยละ

10–40 โดยนาหนก พบวา เมมเบรนทมศกยภาพมากทสด คอเมมเบรนเชอมขวางไคโตซาน–

ซโอไลตทมปรมาณของซโอไลตรอยละ 40 โดยนาหนก ทอณหภม 30 องศาเซลเซยส และความดน

1 บาร เมอใชเมมเบรนแหงทดสอบกบกาซแหงใหคาการซมผานกาซคารบอนไดออกไซด, มเทน,

ไฮโดรเจน และไนโตรเจน เทากบ 66.8±6.4, 4.0±0.6, 387.5±26.1 และ 7.4±0.6 แบเรอร ตามลาดบ

คาการเลอกสรรกาซคารบอนไดออกไซดตอมเทน, ไฮโดรเจนตอมเทน และไนโตรเจนตอ มเทน

เทากบ 16.5±1.6, 96.9±1.5 และ 1.9±0.1 ตามลาดบ แตผลขางตนจะเปลยนไปถาเมมเบรนและ/หรอกาซไมแหง และผลการศกษาสมรรถนะการแยกกาซของเมมเบรน 2 ชนด คอเมมเบรนเชอมขวางไคโตซาน และเมมเบรนเชอมขวางไคโตซาน–ซโอไลต ทมปรมาณของซโอไลตรอยละ 40 โดยนาหนก จากระบบบอกาซชวภาพของฟารมสกรกรณศกษา พบวาเมมเบรนเชอมขวางไคโตซาน–

39

ซโอไลตมคาสมรรถนะการแยกกาซ ซงสงกวาเมมเบรนเชอมขวางไคโตซาน ซงสอดคลองกบประสทธภาพการแยกอดมคตจากเมมเบรนแหง/กาซแหง

ชมพนช (2551) ศกษาการเตรยมเมมเบรนไคโตซานเพอนามใชในการแยกมเทนจากแกสชวภาพไคโตซานทใชมมวลโมเลกล และรอยละการกาจดหมแอซทล เทากบ 9.5 x 105 และ 90±5 ตามลาดบ สารซโอไลตเอทใชมขนาดของรพรน พนทผว และปรมาตรรพรน เทากบ 2551.6

องสตรอม 13.9 ตารางเมตรตอกรม และ 0.0137 ลกบาศกเวนตมตรตอกรม ตามลาดบ ในการเชอมขวางเมมเบรนไคโตซานใชสารละลาย กรดซลฟวรกรอยละ 4 โดยนาหนก และใชซโอไลตเอในปรมาณรอยละ 10-4 โดยนาหนกของนาหนกไคโตซาน ผลการศกษาพบวาเมมเบรนทนาสนใจ คอ เมมเบรนไคซานเชอมขวางทมปรมาณซโอไลตรอยละ 40 โดยนาหนกทอณหภม 30 องศาเซลเซยส และความดน 1 บาร มคาการซมผานกาซคารบอนไดออกไซด มเทน ไฮโดรเจน และไนโตรเจน เทากบ 66.8±6.4, 4.0±0.6, 387.5±26.1 และ7.4±0.6 ตามลาดบ

Zhonglin et al. (2007) ศกษาการปรบปรงความสามารถในการดดซบของ ซโอไลตขนรปซงม kaolin เปนวสดประสาน และแชในโซเดยมไฮดรอกไซด พบวาทาให kaolin สามารถเปลยนเปน zeolite ได พบวาตวดดซบททาการปรบปรงคณภาพดวยโซเดยมไฮดรอกไซด มความจในการดดซบทสงขน และมความสามารถในการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดไดดขน เพราะมพนทผวในการดดซบทมาก แตมคากระจายลดลง Krista et al. (2006) ดดซบกาซคารบอนไดออกไซด โดยใชซโอไลต Na-Y และ Na-Xn

ในการแลกเปลยนไอออนทเปนดาง ซงไดแก Li+, K+, Rb+ และ Cs+ เพอหา isotherm ของการดดซบ ในการสงเคราะหซโอไลต Na-X และ Na-Y ทใชอตราสวน Si/Al เทากบ 1.23 และ 2.35 ตามลาดบ การแลกเปลยนไอออนทดลองโดยใชสารละลายดางทกาหหนดไวทความเขมขน 1 โมลตอลตร

ปรมาตร 20 มลลลตร ผสมรวมกบซโอไลต 2 กรม กวนทอณหภม 77 องศาเซลเซยส ทา 4 ครงจากนนลางดวยนากลนแลวกรอง นาไปเผาทอณหภม 400 องศาเซลเซยส จากนนนาไปดดซบ CO2 พบวา คาความสามารถในการดดซบ CO2 ททาการแลกเปลยนไอออนกบ Li+ จะดกวาไอออนบวกชนดอนๆ ซงตรงตามทฤษฎของ Lewis ทกลาววาอะตอมของออกซเจนในโครงขายของโลหะทเปนดางททาการแลกเปลยนไอออนในซโอไลตจะเพมขนตามขนาดของไอออนบวก อารญา (2545) ศกษาผลของตวดดซบชนดถานทเตรยมจากการตมกะลามะพราวในสารละลายกรดซลฟวรก ทความเขมขนรอยละ 70 โดยปรมาตร ทอณหภม 180 องศาเซลเซยส พบวากะลามะพราวขนาด 8X8 ตารางเซนตเมตร จะเปลยนเปนถานหมดหลงตมนาน 3 ชวโมงขนไป คาการดดซบไอโอดนของถานดดซบมคา ระหวาง 272-342 มลลกรมตอกรม สมดลการดดซบ

40

กาซไนโตรเจนสอดคลองกบแบบจาลองการดดซบของ Henryโดยทคาคงทสมดลการดดซบของ

Henry มคาเปน 0.0045, 0.0127 และ0.0192 มลลโมลตอกรมบรรยากาศ เมอทดลองทอณหภม-10,

0 และ 30 องศาเซลเซยส ตามลาดบ สวนการดดซบคารบอนไดออกไซดสอดคลองกบแบบจาลองการดดซบของ Langmuir โดยทคาปรมาณการดดซบสงสดมคา 0.0182 , 0.0308 และ0.0340 มลลโมลตอกรม ทอณหภม -10, 0 และ30 องศาเซลเซยส ตามลาดบ

Yang et al. (1987) ไดทาการศกษากระบวนการดดซบคารบอนไดออกไซดดวยวสดดดซบทอณหภมสง โดยงานวจยนไดทาการทดสอบ และวเคราะหผลของวสดดดซบ การดดซบดวย Carbon-based โดยประสทธภาพการดดซบคารบอนไดออกไซดทความดนตาและอณหภมตา ผลคอประสทธภาพในการดดซบลดลงแตจะเพมขนทอณหภมสง และผลกระทบของพนทผวตอประสทธภาพการดดซบคารบอนไดออกไซดไมมความสาคญมากนก เมอทาการเพมอณหภม วสดทใชในการดดซบออกไซด โดยปกตนยมใช CaO และ Mg การใช ซโอไลต ซงสาคญมากในการดดซบคารบอนไดออกไซด และการใชสารประกอบ Hydrotalcitelike (HTlcs) ในการดดซบคารบอนไดออกไซดทอณหภมสงโดยงานวจยนมความสาคญอยางมากในการศกษาวจยการดดซบคารบอนไดออกไซดในอนาคตตอไป

Ko, D. et al. (2000) ไดทาการปรบปรงกระบวนการดดซบแบบสลบความดนเพอผลตกาซออกซเจนจากอากาศ ในชวงเรมตนของกระบวนการ ซงสงผลใหลดการใชพลงงานในการดาเนนงาน และลดเวลาในการเขาสสภาวะสมดล โดยทาการจาลองกระบวนการเพอหาความดนของกระแสปอนและเวลาของวฏจกรทเหมาะสม ผลทไดคอ เวลาวฏจกร 14.46 วนาท และความดนของกระแสการปอน 597 กโลปาสคาล ไดความบรสทธรอยละ 96.42 ดาเนนงาน 405 วฏจกร และใชเวลา 5,857 วนาท กอนเขาสสภาวะคงตว

ยงยทธ (2541) ศกษา isotherm การดดซบกาซมเทน อเทน และโพรเพน บนซโอไลตชนด NaA, NaX และ NaY ทอณหภม 35-100 องศาเซลเซยส โดยการไหลผานหอดดซบ กาซแตละชนด แตละไอโซเทอมสอดคลองกบแบบจาลองสมดลการดดซบของแลงเมยร และฟรอนดช ในชวงความดนยอย 20-160 กโลปาสคาล อยางไรกตาม ไอโซเทอมมแนวโนมเปนเสนตรงเมออณหภมสงขน สาหรบคาคงทของการดดซบของ Langmuir ขนกบอณหภม สอดคลองกบสมการของเวนตฮอฟฟ กาซโพเพนถกดดซบไดดกวากาซอเทน และมเทน ตามลาดบ ในขณะท ปรมาณการดดซบสงสดสาหรบการดดซบกาซมเทน มากกวาการดดซบกาซอเทน และโพรเพนตามลาดบ แมซโอไลตชนด NaY มพนทการดดซบมากกวาพนทการดดซบชนด NaX และ NaA ตามลาดบ

41

แตพนทการดดซบของซโอไลตชนด NaA ถกใชประโยชนไดมากกวาพนทการดดซบของซโอไลตชนด NaX และ NaY ตามลาดบ

42

บทท 3 วธดาเนนการวจย

1. วสด และอปกรณ วสดทใชในการวจยครงน ไดแก

ซโอไลตมาตรฐานชนด 4A จากบรษทไทยซลเกตเคมคอล จากด (Thai Silicate LTD)

โซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) บรสทธรอยละ 99.0 ผลตโดยบรษท Merck KGaA จากด

ลเทยมคลอไรด (LiCl) บรสทธรอยละ 98.0 ผลตโดยบรษท Ajax Finechem Pty จากด

โพแทสเซยมคลอไรด (KCl) ทมความบรสทธรอยละ 99.8 ผลตโดยบรษท Ajax Finechem

Pty จากด

ซเซยมคลอไรด (CsCl) ทมความบรสทธรอยละ 99.8 ผลตโดยบรษท Merck KGaA จากด

แมกนเซยมคลอไรด (MgCl2) ทมความบรสทธรอยละ 99.0 ผลตโดยบรษท Ajax Finechem

Pty จากด

แคลเซยมคลอไรดไดไฮเดรท (CaCl2.2H2O) บรสทธรอยละ 99.0 โดยบรษท Merck KGaA จากด

กาซผสมมาตรฐานทประกอบดวยกาซ N2:CO2 = 60:40 ผลตโดยบรษท LABGAZ

(Thailand) Co.,Ltd.

กาซชวภาพสงเคราะหทเปนกาซผสมสงเคราะห ทประกอบดวยกาซ N2:CO2:CH4 =

20:30:50 ผลตโดยบรษท LABGAZ (Thailand) Co.,Ltd. เพอใชในการศกษาการดดซบกาซแบบสองคอลมน

ถวยกระเบองพรอมฝาปด กระดาษกรอง Whatman เบอร 42 เครองแกวตางๆ เชน บกเกอร, กระบอกตวง, ขวดวดปรมาตร, ปเปตวดปรมาตร, บวเรต,

ขวดสญญากาศ, ขวดรปชมพ และกระจกนาฬกา

อปกรณทใชในการวจยครงน ไดแก Hotplate รน yellow MAG HS 7 ยหอ Yellow line ผลตจากประเทศ เยอรมนน

43

เตาอบ (hot air oven) รน LDO - 100E ยหอ Labtech ผลตจากประเทศ เกาหล

เตาเผา (furnace) รน pH510 ยหอ EUTECH ผลตจากประเทศ สงคโปร

เตาเผา รน EF 11/8B ยหอ Lenton ผลตจากประเทศ เยอรมนน เครองชงละเอยดทศนยม 4 ตาแหนง รน FX2000i ยหอ AND ผลตจากประเทศ ญปน

เครองวด pH (pH meter) รน pH510 ยหอ EUTECH ผลตจากประเทศ สงคโปร

ตะแกรงรอน (sieve) ขนาด 0.25-1 มลลเมตร รน AS200 ยหอ Stainless steel square ผลตจากประเทศองกฤษ

ชดกรองระบบสญญากาศ

โถดดความชน (desiccator)

2. เครองมอวเคราะห

เครองมอวเคราะหทใชในการวจยครงน ไดแก กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (scanning electron microscope, SEM) รน

JSM-6400 scanning microscope ยหอ JEOL ผลตจากประเทศ เยอรมนน (รปท 3.1)

รปท 3.1 เครอง scanning electron microscope (SEM)

เครองวดการเลยวเบนของรงสเอกซ (X-ray diffraction, XRD) รน XRD 6000 ยหอ

SHIMADZU ผลตจากประเทศ อเมรกา (รปท 3.2)

44

รปท 3.2 เครอง X-ray difraction spectroscopy (XRD)

เครองวเคราะหพนทผวจาเพาะของรพรนดวยเทคนคของการดดซบ และคายซบแบบกายภาพกบกาซไนโตรเจน (Brunauer Emmett Teller, BET surface area analyzer) รน AUTOSORB 1 ยหอ QUANTACHROME ผลตจากประเทศ เยอมนน (รปท 3.3)

รปท 3.3 เครอง Brunauer Emmett Teller (BET)

เครองเอกซเรยฟลออเรสเซนส (X-ray fluorescence spectroscopy, XRFS) รน PW2400

ยหอ Philips ผลตจากประเทศ เยอรมนน (รปท 3.4)

45

รปท 3.4 เครอง X-ray fluorescence spectroscopy (XRFS)

เครอวดกาซโครมาโตรกราฟฟ (gas chromotograph) ยหอ SHIMADZU รน GC2014 ผลตจากประเทศ องกฤษ (รปท 3.5)

รปท 3.5 เครองวเคราะห gas chromatography (GC)

เครองวเคราะหคาความเขมขนของธาตในสารละลาย (inductive coupled plasma

spectroscopy, ICP) ยหอ Perkin Elmer รน Optima 3000 ผลตจากประเทศอเมรกา ดงรปท 3.6

46

รปท 3.6 เครอง inductive coupled plasma spectroscopy( ICP)

ชดคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว ผลตจากประเทศไทย

เครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน ผลตจากประเทศไทย

3. สถานททาการวจย

ฝายเทคโนโลยสงแวดลอมและทรพยากร สถาบนวจยวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงประเทศไทย และมหาวทยาลยศลปากร

4. ระยะเวลาทาการวจย การวจยครงนดาเนนการตงแต เดอนมถนายน พ.ศ. 2554 ถงเดอนกรกฎาคม พ.ศ. 2556

47

5. วธดาเนนการวจย แผนการทดลองสรปไดดงแผนรปท 3.7 โดยการทดลองทงหมดดาเนนการในระดบ

หองปฏบตการ

รปท 3.7 แผนผงสรปการทดลอง

ปรบปรงคณภาพดวยวธการตงกวนโดยใชสารละลายทความเขมขน 1, 3 และ 5 โมลตอลตร เลอกใชสารละลายทเปนตวแทนธาตหม 1 คอ LiCl, KCl และ CsCl

ธาตหม 2 คอ MgCl2 และ CaCl2

นาซโอไลตทผานการปรบปรงคณภาพ มากระตนดวยการเผา 700 องศาเซลเซยส นาน 3 ชวโมง

ซโอไลตสงเคราะหมาตรฐานชนด 4A

ศกษาสมบตทางกายภาพ และทางเคม

(SEM, BET, XRD, XRFS, CEC, pH และ ICP )

ศกษาปจจยทเหมาะสมสาหรบการดดซบกาซ CO2

และ N2 ในกาซผสมสงเคราะหระหวาง CO2:N2

โดยใชคอลมน ดดซบกาซแบบคอลมน เ ดยว เนองจากคอลมนเดยวไมมอปกรณปองกนการเดนระบบกาซลกตดไฟ จงศกษากาซ 2 องคประกอบปจจยทศกษา ไดแก ความดน (1, 2 และ 3 บรรยากาศ) อตราการไหลเขาตออตราการไหลออก

(0.14, 0.16, 0.2, 0.25, 0.28, 0.3, 0.4, 0.5,0.6, 1 และ 2) ระยะเวลาในการดดซบกาซ (0-200 นาท โดยเกบทก 0.5 นาท)

นาปจจยเหมาะสมทไดจากจากการทดลองขางตนมาศกษาระยะเวลาครบรอบในการเดนระบบเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน และศกษาประสทธภาพการดดซบกาซ CO2 และ N2 ในกาซชวภาพสงเคราะห (N2:CO2:CH4)

48

จากรปท 3.7 งานวจยแบงเปนขนตอนตางๆ ดงน

5.1 ศกษาสมบตทางกายภาพ และทางเคมของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และวเคราะหคาความสามารถในการแลกเปลยนแคลเซยมไอออน (cation exchange capacity ; CEC) 5.1.1 ศกษาสมบตทางกายภาพของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ดาเนนการโดย

การวเคราะหโครงสรางผลกดวยเครอง X-ray difraction spectroscopy

(XRD) เพอวเคราะหชนดของผลกซโอไลตดวยเทคนคการเลยวเบนของรงสเอกซ ทชวง 2 Theta =

5-80 องศา ดวยความเรว 4 องศาตอนาท การวเคราะหขนาด และรปทรงผลกซโอไลตโดยใชกลองจลทรรศนแบบสองกราด (Scanning electron microscope, SEM) ทกาลงขยาย 10,000 เทา การวเคราะหพนผว และขนาดรพรนของผลกซโอไลตดวยเทคนคการดดซบและคายซบแบบกายภาพกบกาซไนโตรเจนโดยใชเครอง Brunauer Emmett Teller (BET) surface

area analyzer

5.1.2 ศกษาสมบตทางเคมของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ดาเนนการโดย

การวเคราะหองคประกอบทางเคมของซโอไลตมาตรฐานโดยใชเครอง X-ray fluorescence spectroscopy (XRFS)

การวเคราะหคาความสามารถในการแลกเปลยนแคลเซยมไอออน (cation

exchange capacity, CEC) ดวยวธการไตเตรท

การวเคราะหคาความเปนกรด - ดาง (pH)

การวเคราะหคาความเขมขนของธาตในสารละลาย (Inductive Coupled

Plasma Spectroscopy, ICP) 5.2 ศกษาเปรยบเทยบชนดของไอออนบวก Li+, K+, Cs+, Mg2+ และ Ca2+ ในการปรบปรงคณภาพซโอไลตมาตรฐานชนด 4A โดยวธการตงกวนกบสารละลายเกลอคลอไรดชนด LiCl, KCl,

CsCl, MgCl2 และ CaCl2.2H2O ทความเขมขน 1, 3, และ 5 โมลตอลตร ดาเนนการดงน

นาซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ตงกวนกบสารละลายเกลอคลอไรดชนดตางๆในอตราสวน 1:10 โดยมวลตอปรมาตร นามา 200 กรม บรรจในคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยวและนาสารละลายเกลอคลอไรด LiCl, KCl, CsCl, MgCl2 และCaCl2.2H2O (ทใชเปนสารละลายแลกเปลยน) ทความเขมขน 1, 3, และ 5 โมลตอลตร

กวนสารละลายทความเรว 200 รอบตอนาท อณหภม 60 องศาเซลเซยส เปนเวลา 30

นาท เมอครบกาหนดเวลาคอยๆเตมสารละลาย โซเดยมไฮดรอกไซด 1 โมลตอลตร ในสารละลาย

49

ขางตน เพอปรบความเขมขนสารละลายใหเทากบ 0.02 โมลตอลตร ทาการปนกวนจนครบเวลา 24

ชวโมง โดยใสในบคเกอร และปดดวยกระจกนาฬกา นามากรองดวยกระดาษกรอง GF/C whatman ขนาดเสนผาศนยกลาง 55 มลลเมตร ทอย

ใน Buchner funnel และลางตะกอนทเหลอคางอยดวยนา deionized water จนปราศจากคลอไรด การทดสอบการปราศจากคลอไรด ดวยวธการของโวลฮารด นาสารละลายทผานการกรอง สวนท 1 ปรมาตร 20 มลลลตร ไปวเคราะหหาปรมาณธาตทเหลอดวยเครอง ICP และสวนท 2 ปรมาตร 20

มลลลตร วเคราะหคาความเปนกรด-ดาง นาสวนตะกอนของซโอไลตทผานการปรบปรงคณภาพมาอบแหงในตอบท 105 องศาเซลเซยส นาน 24 ชวโมง เมอแหงแลวนามาผสมกบเบนโทไนททรอยละ 5 โดยนาหนกแหง โดยใชนากลน10 มลลลตร จากนนผสมใหเปนเนอเดยวกนแลวนาไปขนรป และนาไปอบตอใหแหงในตอบท 105 องศาเซลเซยส นาน 24 ชวโมง

5.3 นาซโอไลตทผานการปรบปรงคณภาพมากระตนดวยการเผาในเตาเผา ท 700 องศาเซลเซยส นาน 3 ชวโมง แลวเกบใหเยนลงในโถดดความชน ซงซโอไลตทปรบปรงคณภาพดวย

LiCl, KCl, CsCl, MgCl2 และ CaCl2.2H2O ทผานการกระตน ในการวจยนจะเรยกวา Li-A, K-A,

Cs-A, Mg-A และ Ca-A ตามลาดบ จะมลกษณะเปนกอนกลมขนาดใหญ และมขนาดไมเทากน เพอความเหมาะสมในการนาไปใชตอไปในคอลมนดดซบกาซ จงนามาบดในโกรงบด และรอนดวยตะแกรงเพอแยกขนาดตางๆ ดงน

ชนท 1 ขนาดเมดเทากบ >2 มลลเมตร

ชนท 2 ขนาดเมดเทากบ 1 - 2 มลลเมตร ชนท 3 ขนาดเมดเทากบ 0.5 - 1 มลลเมตร ชนท 4 ขนาดเมดเทากบ 0.25 - 0.5 มลลเมตร ชนท 5 ขนาดเมดเทากบ <0.25 มลลเมตร

ซงงานวจยนเลอกใชขนาดเมด ชนท 4 คอขนาดเมดเทากบ 0.25 - 0.5 มลลเมตร ซงมขนาดทเหมาะสมตอการนาไปใชในการดดซบกาซ 5.4 วเคราะหลกษณะทางกายภาพ และทางเคมของซโอไลตปรบปรงคณภาพทผานการกระตนในทานองเดยวกบทกลาวมาแลวในขอ 5.1

5.5 ศกษาปจจยตางๆ ตอประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจน ไดแก ความดน อตราการไหลเขาตออตราการไหลออก ระยะเวลาในการดดซบ ดวยวสดดดซบ คอ ซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และซโอไลตปรบปรงคณภาพทผานการกระตนดวย

50

สารละลายคลอไรดชนดตางๆ ดงกลาว โดยทดสอบการดดซบในคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว เนองจากคอลมนเดยวไมมอปกรณปองกนการเดนระบบกาซทสามารถลกตดไฟไดดวยตวเอง จงนาคอลมนเดยวมาศกษากบกาซ 2 องคประกอบ และวเคราะหปรมาณกาซทเหลอดวยเครอง Gas

Chromatography (GC) โดยมรายละเอยดในการดาเนนการดงน

คอลมนดดซบกาซในขนตอนนเปนแบบคอลมนเดยว ซงเปนทอสแตนเลส 1 คอลมน ขนาดเสนผานศนยกลางประมาณ 2.8 เซนตเมตร ยาวประมาณ 67.5 เซนตเมตร อดปลายทงสองของทอดวยใยแกว และกนดวยตะแกรงลวด เพอปองกนไมใหตวดดซบฟงกระจายออกมา ภายในทอนาตวดดซบแตละชนด ดงนคอ ซโอไลตมาตรฐาน 4A, Li-A, K-A, Cs-A, Mg-A และ Ca-A มาบรรจทความสง 43.5 เซนตเมตร ดงรปท 3.8 เชอมตอทอสแตนเลสปลายดานหนงตอเขากบวาลวสาหรบปอนกาซถกดดซบ สวนปลายอกดานหนงตอเขากบวาลวทางออก สาหรบเกบกาซตวอยางไปวดปรมาณกาซถกดดซบกบเครอง gas chromatography ดงแสดงในรปท 3.9 โดยใชกาซฮเลยมเปนกาซพาภายในคอลมน

รปท 3.8 คอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว

ตะแกรงลวด

ใยแกว

คอลมนกวาง 2.8 เซนตเมตร


ความสงตวดดซบ

คอลมนสง

67.5 เซนตเมตร

ใยแกว

59.5 เซนตเมตร

51

HeliumSynteticgas

Column

Baggas

Gas Chromatography

In Out

รปท 3.9 แผนผงแสดงการเชอมตอคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยวทใชในการทดลอง

5.5.1 การศกษาผลของความดนในการดดซบกาซ

นาสารดดซบ คอ ซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และซโอไลต 4Aทปรบปรงคณภาพดวยวธการกระตนดงกลาวมาแลว คอ Li-A, K-A, Cs-A, Mg-A และ Ca-A มาอบในตอบท 105 องศาเซลเซยส นาน 2 ชวโมง ปลอยใหเยนในโถดดความชน และชงตวดดซบแตละชนดมา 200 กรม บรรจในคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว และปอนกาซฮเลยมซงใชเปนกาซพากาซอนๆออกจากคอลมนเปนเวลา 30 นาท จากนนปอนกาซทใชทดสอบ คอ กาซผสมสงเคราะห N2:

CO2 = 60:40 ทาการทดลองทอณหภมหอง (27 องศาเซลเซยส) กาหนดอตราการไหลของกาซขาเขาตอกาซขาออก ท 1 ลตรตอนาท โดยจบเวลาเมอความดนเพมขนถงคาความดนทกาหนด คอ ท 1, 2,

และ 3 บรรยากาศ และความดนลดลงจนเหลอเทากบศนย เพอหา pressure profile (ชวงความแตกตางของความดน) และระยะเวลาในการดดซบทเขาสสมดลของสารดดซบกาซ (ประสทธภาพการดดซบคงท) เกบกาซจากวาลวทางออกของคอลมนดดซบกาซ ดวยถงเกบกาซ พรอมนาไปวเคราะหปรมาณกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนทเหลออยดวยเครอง gas

chromatography และวเคราะหคา C/Co และประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจน ดงสมการ (1), (2) และ (3)

ปรมาณกาซ N2 = (ปรมาณกาซ N2 คงเหลอ X 0.79*) - ปรมาณกาซ N2คอลมนเปลา (1)

* 0.79 คอ กาซ N2 ในบรรยากาศ (79%) แลวจงนามาคานวณหาประสทธภาพการดดซบกาซดงน

52

ประสทธภาพการดดซบกาซ = (ปรมาณกาซ CO2 เรมตน - ปรมาณกาซ CO2 คงเหลอ) X 100 (2)

ปรมาณกาซ CO2 เรมตน

และนาคาปรมาณกาซทเหลอหลงการดดซบ มาวเคราะหหาจานวนโมลกาซทถกดดซบดงน

n = PV (3)

RT

โดยท P = ความดนในการปอน (บรรยากาศ)

V = อตราการไหล (ลตรตอนาท) R = คาคงทของกาซ เทากบ 8.314 จนตอโมล-เคลวน T = อณหภมในการทดลอง (เคลวน)

n = จานวนโมลกาซทถกดดซบ (โมลตอกรม)

5.5.2 การศกษาผลของอตราการไหลเขาตออตราการไหลออกของกาซ ดาเนนการทดลองเชนเดยวกบในขอ 5.5.1 โดยใชความดนทดทสดทไดจาก

ขอ 5.5.1 (ทพจารณาจากประสทธภาพการดดซบกาซไดมากสด) และปรบอตราการไหลเขาตออตราการไหลออกเปนดงน 1:7=0.14, 1:6=0.16, 1:5=0.2, 1:4=0.25, 1:3=0.33, 1:2=0.5, 1:1=1,

2:7=0.28, 2:6=0.33, 2:5=0.4, 2:4=0.5, 2:3=0.66, 2:2=1 และ 2:1=2 เกบกาซจากวาลวทางออกของคอลมนดดซบกาซดวยถงเกบกาซ พรอมนาไปวเคราะหปรมาณกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนทเหลออยดวยเครอง gas chromatography และวเคราะหคา C/Co และวเคราะหรอยละการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนจากสมการดงกลาวมาแลว 5.5.3 การศกษาผลของระยะเวลาในการดดซบกาซ

ดาเนนการทดลองเชนเดยวกบในขอ 5.5.1 โดยใชความดนทดทสดทไดจากขอ 5.5.1 และใชอตราการไหลเขาตออตราการไหลดทสดทไดจากขอ 5.5.2 โดยทดลองระยะเวลาในการดดซบ 0-200 นาท โดยจบเวลาทก 0.5 นาท เกบกาซจากวาลวทางออกของคอลมนดดซบกาซดวยถงเกบกาซ พรอมนาไปวเคราะหปรมาณกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนทเหลออยดวยเครอง gas chromatography และวเคราะหรอยละการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนจากสมการดงกลาวมาแลว และระยะเวลาในการดดซบกาซทไดจะสมพนธกบระยะเวลาครบรอบการดดซบกาซ ซงตองพจารณาระยะเวลาครบการดดซบกาซในหนงรอบกอนจากผลตางของความดนทดทสด แลวจงศกษาระยะเวลาครบรอบการดดซบจนเขาสภาวะสมดลการดดซบกาซ

53

5.6 ศกษาระยะเวลาครบรอบในการเดนระบบเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน และศกษาประสทธภาพการดดซบกาซ CO2 และ N2 ในกาซชวภาพสงเคราะห (N2:CO2:CH4) เครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน (รปท 3.10) ประกอบดวยทอสแตนเลส จานวน 2 คอลมน ทมขนาดเสนผานศนยกลางประมาณ 4.2 เซนตเมตร ยาวประมาณ 46 เซนตเมตร เชอมตอดวยทอสเตนเลส ปลายทงสองของทอถกกนดวยใยแกวและกนอกชนดวยตะแกรงลวด เพอปองกนการฟงกระจายออกของตวดดซบ และนาตวดดซบทมประสทธภาพดทสดจากการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนดวยคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว ปรมาณ 225 กรม มาบรรจในทอสแตนเลสใหมความสง 39 เซนตเมตร (รปท 3.11) โดยใชกาซฮเลยมเปนกาซพาภายในคอลมนและการเชอมตออปกรณตางๆแสดงดงรปท 3.12

รปท 3.10 เครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน

54

รปท 3.11 คอลมนเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน

HeliumSynteticBiogas

Column

Baggas

Gas Chromatography

In

OutA B

รปท 3.12 แผนผงแสดงการเชอมตอเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมนทใชใน การทดลอง

39


ใยแกว

คอลมนกวาง 4.2


ความสงตวดดซบ


46 cm

ใยแกว

คอลมนกวาง 4.2 เซนตเมตร


46

เซนตเมตร 39 เซนตเมตร

55

5.6.1 การศกษาระยะเวลาครบรอบในการเดนระบบเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน (คอลมน A และคอลมน B )

นาสารดดซบทมประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนมากทสดทไดจากการศกษากบคอลมนการดดซบแบบคอลมนเดยวปรมาณ 225 กรม มาศกษาระยะเวลาครบรอบในการเดนระบบเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมนกบกาซชวภาพสงเคราะห (N2:CO2:CH4= 20:30:50) ดวยสภาวะททดทสดทไดจากการศกษากบคอลมนการดดซบแบบคอลมนเดยว โดยทาการศกษาระยะเวลาครบรอบ 4 ขนตอน คอ ระยะเวลาจากความดนดทสดในการดดซบกาซ (pressurization) ระยะเวลาการดดซบ (adsoroption) ระยะเวลาการลดความดน (blow down) และระยะเวลาการชะลาง (purge) ซงจะมขนตอนการกาหนดวาลวของเครองแยกกาซดงตารางท 3.1 เพอหาระยะเวลาครบรอบการดดซบ (cycle) ของคอลมน A และ คอลมน B จากผลของประสทธภาพการดดซบกาซ

ตารางท 3.1 การเดนระบบวาลวของเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน Valve คอลมน A Valve คอลมน B

Operation SV SV SV SV SV SV SV SV SV SV SV SV SV SV 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 Pressurization off on off off off off off off off on off off off off

Adsorption off off off off off off off off off off off off off on

Blow down off off off on off off off on off off off off off off

Purge off off off on off off off off off off off off off off

5.6.2 ศกษาประสทธภาพการดดซบกาซ CO2 และ N2 ในกาซชวภาพสงเคราะห (N2:CO2:CH4) นาตวดดซบทดดกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนไดดทสดจากการศกษาคอลมน ดดซบกาซแบบคอลมน เ ดยว มาศกษาประสทธภาพการดดซบก าซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจน ในกาซชวภาพสงเคราะห ดวยเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน โดยดาเนนการเชนเดยวกบททดลองดวยคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยวแตสาหรบกรณเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมนใชปรมาณตวดดซบ 225 กรม และทดสอบดวยชวภาพสงเคราะห (N2:CO2: CH4= 20:30:50) เกบกาซจากวาลวทางออกของเครองแยก

56

กาซแบบสลบความดน ดวยถงเกบกาซ พรอมนาไปวเคราะหปรมาณกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนทเหลออยดวยเครอง gas chromatography และวเคราะหรอยละการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจน ดงสมการ(1), (2) และ (3)

ปรมาณกาซ N2 = (ปรมาณกาซ N2 คงเหลอ X 0.79* ) - ปรมาณกาซ N2คอลมนเปลา (1)

* 0.79 คอ กาซ N2 ในบรรยากาศ (79%) แลวจงนามาคานวณหาประสทธภาพการดดซบกาซดงน

ประสทธภาพการดดซบกาซ = (ปรมาณกาซ CO2 เรมตน - ปรมาณกาซ CO2 คงเหลอ) X 100 (2)

ปรมาณกาซ CO2 เรมตน

และนาคาปรมาณกาซทเหลอหลงการดดซบ มาวเคราะหหาจานวนโมลกาซทถกดดซบดงน

n = PV (3)

RT

โดยท P = ความดนในการปอน (บรรยากาศ)

V = อตราการไหล (ลตรตอนาท) R = คาคงทของกาซ เทากบ 8.314 จนตอโมล-เคลวน T = อณหภมในการทดลอง (เคลวน)

n = จานวนโมลกาซทถกดดซบ (โมลตอกรม)

5.7 ขอมลตางๆในการทดลองนามาวเคราะหหาคาเฉลย ± SD และวเคราะหความสมพนธของคอลมนดดซบกาซของกาซชวภาพสงเคราะห โดยใชวธ Analysis of Variance (ANOVA)

วเคราะหความสอดคลองดวยวธ Pearson Correlation ในการทดลองของ 2 คอลมน(คอลมน A และคอลมน B ) ทดสอบทความเชอมน 99% มคานยสาคญ (Sig.) ตากวา 0.01

57

บทท 4 ผลการวเคราะหขอมล และอภปรายผลการทดลอง

งานวจยนเปนการศกษาการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนใน

กาซผสมสงเคราะห ดวยสารดดซบสองประเภท คอ ซโอไลตมาตรฐาน ชนด 4A และซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ทผานการปรบปรงคณภาพดวยสารละลาย LiCl, KCl, CsCl , MgCl2 และ CaCl2 เมอทดสอบ โดยใชคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว และนาผลของสภาวะเหมาะสมทไดมาประยกตใชกบกาซชวภาพสงเคราะห โดยใชเครองแยกกาซสลบความดนแบบสอง โดยผลการทดลองมรายละเอยดดงน

1. ผลการศกษาสมบตทางกายภาพและทางเคมของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A 1.1 ผลการศกษาสมบตทางกายภาพของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A

ซโอไลตมาตรฐานชนด 4A มลกษณะเปนผงละเอยดสขาวขน (รปท 4.1) และมความหนาแนนตา จงไมสะดวกในการใชงานเมอบรรจในคอลมนและนาไปใชงานทเกยวของกบความดน เนองจากจะเกดการฟงกระจาย และอดตนทอทางเดนกาซได ซโอไลตทมลกษณะเปนผงจงไมเหมาะสมทจะนาไปใชสาหรบกระบวนการดดซบกาซในโรงงานอตสาหกรรม (บญเดช, 2553) จงตองปรบปรงใหมลกษณะเปนเมด โดยการผสมกบตวประสานคอเบนโทไนททรอยละ 5

(เรวด, 2551) โดยนาหนกแหง แลวนามาขนรปใหเปนเมด ซงงานวจยนไดนาซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ทเปนเมด มาคดขนาด โดยการรอนผานตะแกรงใหมขนาดเทากบ 0.25 – 0.5 มลลเมตร ซงคงคางตะแกรงรอยละ 50-60 (รปท 4.2) การเลอกขนาดเมดทากบ 0.25 – 0.5 มลลเมตร เนองจากตองการขนาดเมดทเลกทสด เพอเพมพนทผวสมผสในการดดซบกาซ อกทงยงตองเหมาะสมกบทอทางเดนกาซของคอลมนดดซบกาซ ซงขนาดเมดทเลกทสดทแยกได คอขนาด < 0.25 มลลเมตร ซงมขนาดคอนขางเลกจงไมเหมาะสมตอการนาไปใชงานในคอลมนเพอดดซบกาซ จงเลอกขนาดทใหญขนมาอกขนาดหนง คอขนาดเทากบ 0.25 – 0.5 มลลเมตร เพอใชในงานวจย

58

รปท 4.1 ลกษณะทางกายภาพของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A

รปท 4.2 ซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ทเปนเมด ซงคดขนาดใหเทากบ 0.25 – 0.5 มลลเมตร เพอ นาไปใชในงานวจยน

ผลการศกษาขนาด และรปทรงผลกของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A แบบเมด โดยใชกลองจลทรรศนอเลคตรอนแบบสองกราด (SEM) ทกาลงขยาย 10,000 เทา พบวาซโอไลตมาตรฐานชนด 4A แบบเมดนน มลกษณะของผลกเปนทรงลกบาศก วางตวซอนทบกน และมขนาดอนภาค 1-1.5 ไมโครเมตร แตบรเวณโดยรอบผลกของซโอไลตจะมเศษเลกๆปนอย คอ เบนโทไนท โดยรปทรงทเปนผลกนเกดจากการจดเรยงตวกนอยางสมาเสมอของโครงสราง และสามารถแสดงใหเหนถงการมเสถยรภาพทางความรอนและความดนสง (ศรนช, 2555) จงเหมาะสมทจะนาไปในการดดซบกาซแบบใชความดนสง ในงานวจยน ดงรปท 4.3

59

รปท 4.3 ลกษณะผลกของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ทเปนลกบาศก และวางซอนทบกน เมอ

ศกษาดวยเครอง scanning electron microscope ทกาลงขยาย 10,000 เทา

ผลการวเคราะหโครงสรางของ ซโอไลตมาตรฐานชนด 4A แบบผง และซโอไลตมาตรฐานชนด 4A แบบเมด โดยใชเครองเอกซเรยดฟแฟรคชน (XRD) แสดงดงรปท 4.4 พบวาผลกซโอไลตมาตรฐานชนด 4A แบบผง และแบบเมด มรปแบบ 2 Theta เดยวกบ ซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ทมม 2 Theta 7.18 , 10.14, 12.4, 16.08, 21.64, 23.94, 27.06, 29.88 และ 34.1 ตามลาดบ (JCPDS 39-222) (เรวด, 2553) ซงแสดงใหเหนวา เบนโทไนทซงมรปแบบ 2 Theta ทมม 6.98 และ 21.16 ตามลาดบ (JCPDS 13-0135) (Kadir, 1998) ในอตราสวนผสมทรอยละ 5 ไมมผลตอโครงสรางผลกซโอไลต 4A

60

รปท 4.4 การเลยวเบนรงสเอกซ ของผลตภณฑซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ดวยเครอง X-ray

difraction spectroscopy (a) ซโอไลตมาตรฐานชนด 4A แบบผง (b) เบนโทไนท (c) ซไลตมาตรฐานชนด 4A

แบบเมด

หมายเหต แทนซโอไลตมาตรฐานชนด 4A

ผลการวเคราะหหาพนทผวจาเพาะซโอไลตมาตรฐานชนด 4A แบบผง และแบบเมด ดวยเทคนคของการดดซบ และคายซบแบบกายภาพกบกาซไนโตรเจน (BET surface area analyzer) ดงภาคผนวก ข พบวา ซโอไลตมาตรฐานชนด 4A มพนทผวจาเพาะเทากบ 34.50 และ 33.31 ตารางเมตรตอกรม แสดงเหนวาการขนรปเมดซโอไลตดวยเบนโทไนท มผลตอพนทผวจาเพาะโดยลดลงเลกนอย ซงสามารถนาเปนตวดดซบกาซได

1.2 ผลการศกษาสมบตทางเคมของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A องคประกอบทางเคมของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ทวเคราะหดวยเครอง X-ray

fluorescence spectroscopy (XRFS) แสดงดงตารางท 4.1 พบวาซโอไลตมาตรฐานชนด 4A มองคประกอบหลก ไดแก ซลกอนไดออกไซด (SiO2) อะลมเนยมออกไซด (Al2O3) โซเดยมออกไซด (Na2O) และแคลเซยมออกไซด (CaO) ซงอตราสวนโดยโมลของซลกา และอะลมนาเทากบ 3.21

a

b

c

61 และอยในชวง 1.0 – 15.0 ซงเรวด (2553) กลาววาอตราสวนโดยโมลของซลกา และอะลมนาระหวาง 1-3 จะมความเปนขวมาก และระหวาง 8-15 จะมความเปนขวนอย จากผลการวเคราะหจะเหนวาอยในชวงของความเปนขวมาก จงมสมบตความมขวภายในรพรนสง จงเหมาะสมทจะนาไปใชเปนตวดดซบกาซได ตารางท 4.1 องคประกอบทางเคมของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ทวเคราะหดวยเครอง XRFS

องคประกอบทางเคมของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A

รอยละโดยมวลของธาต

SiO2

Al2O3

Na2O

MgO

P2O5

CaO

Cr2O3

Fe2O3

MnO

Cl

CuO

ZnO

TiO2

SO3

K2O

LOI

55.67

29.43

9.34

<0.01

<0.01

0.11

<0.01

0.07

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

10.12

Mole of SiO2/Al2O3 3.21

1.3 ผลการศกษาสมบตทางกายภาพของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ทผานการปรบปรบปรงคณภาพโดยใชสารละลาย LiCl, KCl , CsCl , MgCl2 และ CaCl2

ผลการวเคราะหโครงสรางผลกของผลตภณฑซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และทผานการปรบปรบปรงคณภาพดวยสารละลาย LiCl, KCl, CsCl, MgCl2 และ CaCl2 (Li-A, K-A, Cs-

A, Mg-A และ Ca-A )โดยใชเครองเอกซเรยดฟแฟรคชน (XRD) แสดงดงรปท 4.5 โดยมรปแบบ 2

62 Theta ทมม 7.18, 10.14, 12.4, 16.08, 21.64, 23.94, 27.06, 29.88 และ 34.1 ตามลาดบ (JCPDS 39-

222) พบวาโครงสรางของซโอไลต 4A ทผานการปรบปรงคณภาพดวยสารละลายคลอไรดชนดตางๆ มรปแบบไมแตกตางกน และไมแตกตางจากซโอไลตมาตรฐานชนด 4A แสดงใหเหนวาการปรบปรงคณภาพดวยสารละลายเกลอคลอไรดมผลตอการแลกเปลยนแปลงโครงสรางของผลกซโอไลต จากรปท 4.5 แสดงใหเหนวา การปรบปรงคณภาพดวยสารละลายคลอไรด ไอออนบวกแตละชนด มการแลกเปลยนไอออนบวกภายในโพรงผลกของซโอไลต สงผลใหปรากฎชนดของไอออนบวกภายในโครงสรางของซโอไลต 4A ดงรปท 4.5 (a-f) โดยมเฉพาะไอออนของ Cs ทไมเกดการแลกเปลยนภายในโพรงผลกจงไมปรากฎพคตาแหนงของ Cs (d) ในรปท 4.5 ดงกลาว

รปท 4.5 โครงสรางผลกของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และทผานการปรบปรงคณภาพทความ เขมขน 1 โมลตอลตร เมอวเคราะหดวยเครอง X-ray Difraction Spectroscopy

(a) ซไลตมาตรฐานชนด 4A (b) Li-A (c) K-A (d) Cs-A

(e) Mg-A และ (f) Ca-A

หมายเหต แทน ซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และ แทน สารละลายคลอไรดชนดตางๆ

ผลการวเคราะหหาพนทผวจาเพาะของซโอไลตปรบปรงคณภาพ ดวยเทคนคของการดดซบ และการคายซบแบบกายภาพกบกาซไนโตรเจน (BET surface area analyzer) ดงตารางท 4.2

a

c

d

e

f

b

63

ตารางท 4.2 พนทผวจาเพาะของซโอไลต

ซโอไลต

พนทผวจาเพาะ

(ตารางเมตรตอกรม) Li-A

K-A

Cs-A

Mg-A

Ca-A

STD 4A แบบผง

306.4

309.9

148.2

390.1

160.0

34.50

พบวา พนทผวจาเพาะของ Li-A, K-A และ Cs-A มคาเปน 306.4, 309.9 และ 148.2

ตารางเมตรตอกรม ตามลาดบ โดย Li-A, K-A และ Cs-A เปนโลหะไอออนบวกในหมเดยวกน เมอขนาดอะตอมเพมขน จงทาใหพนทผวจาเพาะนอยลง (เดชา, 2552) สวน K-A มขนาดพนทผวจาเพาะ 309.9 ตารางเมตรตอกรม ซงมากกวาหรอใกลเคยง Li-A ซงมคาพนทผวจาเพาะเทากบ 306.4 ตารางเมตรตอกรม เนองมาจากระหวางขนตอนการปรบปรงคณภาพ ทาใหโครงสรางของ

ซโอไลต K-A มปรมาณรพรนมากขน จงมผลทาใหพนทผวจาเพาะมคาเพมมากขน สาหรบ Mg-A

และ Ca-A พบวา มพนทผวจาเพาะเทากบ 160.0 และ 390.1 ตารางเมตรตอกรม ตามลาดบ โดยเหตผลเดยวกบซโอไลต K-A เนองมาจากการปรบปรงคณภาพมผลในการเพมโครงสรางรพรนของซโอไลต ทาใหพนทผวจาเพาะของซโอไลต Ca-A เพมมากขน และจะเหนไดวาการปรบปรงคณภาพซโอไลตดวยสารละลายเกลอคลอไรดชนดตางๆน มผลในการเพมพนทจาเพาะของโครงสราง เมอเปรยบเทยบกบซโอไลตมาตรฐานชนด 4A แบบเมด และแบบผง ทมพนทผวจาเพาะ เทากบ 34.50 และ 33.31 ตารางเมตรตอกรม ตามลาดบ

เมอเลอกตวดดซบทมคาความสามารถในการแลกเปลยนแคลเซยมไอออน (CEC) ทด คอ Li-A และ Ca-A มาเปนตวแทนของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ทผานการปรบปรงคณภาพดวยสารละลายคลอไรด เมอวเคราะหขนาดและรปทรงผลกของซโอไลตโดยใชกลองจลทรรศนอเลคตรอนแบบสองกราด (SEM) ทกาลงขยาย10,000 เทา พบวา Li-A และ Ca-A มลกษณะคลายกนคอ เปนผลกทรงลกบาศก วางตวซอนทบกน และมขนาดอนภาคเทากบ 1 ไมโครเมตร ดงรปท 4.6 ซงมขนาด และรปทรงของผลกทไมแตกตางจากซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ซงแสดงใหเหนวาการปรบปรงคณภาพซโอไลตไมมผลทาใหรปทรงของผลกเปลยนแปลงไป

64

รปท 4.6 ลกษณะพนผวของตวแทนซโอไลต Li-A (a) และ Ca-A (b) ทกาลงขยาย 10,000 เทา ทศกษาดวยเครอง scanning electron microscope 1.4 ผลการศกษาสมบตทางเคมของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ทผานการปรบปรงคณภาพโดยใชสารละลาย LiCl, KCl , CsCl , MgCl2 และ CaCl2 ผลการวเคราะหคาความสามารถในการแลกเปลยนแคลเซยมไอออน (Cation

Exchange Capacity, CEC) ของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และของซโอไลตทผานการปรบปรงคณภาพดวยสารละลายเกลอคลอไรดทความเขมขน 1 โมลตอลตร มคา CEC ดทสด ดงแสดงในตารางท 4.3โดยคา CEC ของ Li-A > Ca-A > K-A > Cs-A > Mg-A และซโอไลตมาตรฐานชนด 4A

มคาเปน 716.33±0.58 > 692.74±0.35 > 678.85±0.08 > 648.50±0.39 > 610.33±0.60 > 559.48±0.48 มลลกรมแคลเซยมคารบอเนตตอกรมซโอไลต ตามลาดบ ดงนนการปรบปรงคณภาพดวยสารละลายคลอไรดสามารถเพมคาความสามารถในการแลกเปลยนแคลเซยมไอออนได

(a) (b)

65 ตารางท 4.3 คาความสามารถในการแลกเปลยนแคลเซยมไอออน (CEC) ของซโอไลต (คาเฉลย ± SD)

ความเขมขนของซโอไลต

(โมลตอลตร)

คาความสามารถในการแลกเปลยนแคลเซยมไอออน (มลลกรมแคลเซยมคารบอเนตตอกรมซโอไลต)

Li-A K-A Cs-A Mg-A Ca-A STD 4A

1 716.33±0.58 678.85±0.08 648.50±0.39 610.33±0.60 692.74±0.35

559.48±0.48 3 663.13±1.17 638.09±0.70 625.37±0.47 550.98±0.29 652.80±0.84

5 647.26±1.14 520.17±0.82 447.53±0.79 432.60±0.75 633.17±0.58

หมายเหต มนยสาคญทางสถตทระดบ 0.05

ผลการวเคราะหองคประกอบทางเคมของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ทผานการปรบปรงคณภาพทมคา CEC ทด คอ Li-A และ Ca-A ดวยเครอง X-ray fluorescence spectroscopy

(XRFS) แสดงดงในตารางท 4.4 พบวาซโอไลต Li-A และCa-A มองคประกอบหลก ไดแก ซลกอนไดออกไซด (SiO2) อะลมเนยมออกไซด (Al2O3) โซเดยมออกไซด (Na2O) และแคลเซยมออกไซด (CaO) โดยมอตราสวนโดยโมลของซลกา และอะลมนา เทากบ 2.51 และ 2.45 ตามลาดบ ซงมคาไมแตกตางกน และยงพบวามคานอยกวาซโอไลตมาตราฐานชนด 4A ซงมคาเทากบ 3.21 แสดงใหเหนวามคาความเปนขวมากกวา ดงนนการปรบปรงคณภาพซโอไลตมผลทาใหคาความเปนขวเพมมากขน

66 ตารางท 4.4 องคประกอบทางเคมของซโอไลตทผานการปรบปรงคณภาพชนด Li-A

และ Ca-A ดวยเครอง XRFS

องคประกอบทางเคม

รอยละโดยมวลของธาต 1 โมลตอลตร

ซโอไลต Li-A

1 โมลตอลตร

ซโอไลต Ca-A

STD 4A

SiO2

Al2O3

Na2O

MgO

P2O5

CaO

Cr2O3

Fe2O3

MnO

Cl CuO

ZnO

TiO2

SO3

K2O

LOI

32.66

22.08

4.42

<0.01

0.04

15.30

<0.01

0.03

<0.01

5.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

0.04

20.4

28.06

19.39

3.21

<0.01

<0.01

26.06

<0.01

0.04

<0.01

10.41

<0.01

<0.01

<0.01

0.04 0.03

12.7

55.67

29.43

9.34

<0.01

<0.01

0.11

<0.01

0.07

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

<0.01

10.12

Mole of SiO2/Al2O3 2.51 2.45 3.21

ผลการวเคราะหคาความเปนกรด-ดาง (pH) ของสารละลายเกลอคลอไรดชนดตางๆไดแก LiCl, KCl, CsCl, MgCl2 และCaCl2 และสารละลายทไดจากการลางตะกอนซโอไลตทผานการปรบปรงคณภาพดวยสารละลายเกลอคลอไรดชนดตางๆ (สารละลายแลกเปลยนไอออน) และสารละลายของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A ดงรปท 4.7

67

รปท 4.7 ความสมพนธของคาความเปนกรด-ดาง และคาความเขมขนของสารละลายคลอไรด หมายเหต กอน คอ สารละลายเรมตนกอนเกดการแลกเปลยนไอออน

หลง คอ สารละลายหลงจากมการแลกเปลยนไอออน

จากรปท 4.7 พบวา สารละลายแลกเปลยนไอออน (Li-A, K-A, Cs-A, Mg-A และ Ca-A) มคา pH มากกวา สารละลายเกลอคลอไรดเรมตนทยงไมผานการแลกเปลยนไอออนกบซโอไลตมาตรฐานชนด 4A โดยผลของคาความเปนกรด-ดาง จากสารละลายแลกเปลยนไอออน ทความเขมขน 1 โมลตอลตร มคาความเปนกรด-ดางมากทสด เปนดงน Li-A>Ca-A>K-A>Cs-A >

Mg-A และSTD 4A เทากบ 8.9±0.12>7.9±0.10>7.4±0.06>7.3±0.06>7.0±0.15>6.8±0.12 และพบวาซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A มคาเปนกรด-ดาง มากทสด เมอพจารณาจะเหนวาสารละลาย LiCl เรมตนมคาความเปนกรด-ดาง เฉลยเทากบ 8.4±00.06 ซงสงกวาสารละลายชนดอนๆ พบวาจะมปรมาณของ H+ ตา ทาใหการแขงขนระหวาง H+ กบไอออนบวกของ Li+ ในการแลกเปลยนกบ Na+ ในซโอไลตมคานอย จงทาใหประสทธภาพการแลกเปลยนไอออนสงกวาสารละลายทมคาความเปนกรด-ดาง ตากวา อกทงมผลทาใหคาความเปนกรด-ดาง หลงแลกเปลยนไอออน มคาเฉลยเพมขนเทากบ 8.9±0.12 ผลการวเคราะหคาความเขมขนของธาตในสารละลายเกลอคลอไรดชนดตางๆ(สารละลายเรมตน) ไดแก LiCl, KCl, CsCl, MgCl2 และCaCl2 และสารละลายทไดจากการลาง

STD 4A

3 M 5 M 1 M กอน หลง กอน หลง กอน หลง

ความเขมขน (โมลตอลตร)

68 ตะกอนซโอไลตทผานการปรบปรงคณภาพดวยสารละลายเกลอคลอไรดชนดตางๆ (สารละลายแลกเปลยนไอออน) ซงผลการวเคราะหนสอดคลองกบคาความสามารถในการแลกเปลยนแคลเซยมไอออน การวเคราะหความเขมขนของธาตในสารละลายวเคราะหดวย inductive coupled plasma

Spectroscopy ( ICP) ดงรปท 4.8

รปท 4.8 ความสมพนธระหวางรอยละการแลกเปลยนไอออนในสารละลายเกลอคลอไรด และชนดของสารละลายในการแลกเปลยนไอออน

จากรปท 4.8 ผลการวเคราะหรอยละการแลกเปลยนธาตในสารละลายเกลอคลอไรดระหวางสารละลายเรมตน และสารละลายแลกเปลยนดวย ICP พบวารอยละการแลกเปลยนธาตในสารละลายเกลอคลอไรด ของ Li-A > Ca-A > K-A > Cs-A และ Mg-A ซงมคาเทากบรอยละ 87.79±0.03>82.82±0.02>76.66±0.02>75.40±0.04>63.25±0.05 ตามลาดบ ซงซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A ทเตรยมจากสารละลาย LiCl ความเขมขน 1 โมลตอลตร มคารอยละของการแลกเปลยนธาตเฉลยสงกวาซโอไลตปรบปรงคณภาพชนดอน และสงกวาซโอไลตมาตรฐาน 4A

เนองจาก Li-A มแรงดงดดระหวางพนธะมากกวา Ca-A, K-A, Cs-A และ Mg-A ตามลาดบ จงสามารถแลกเปลยนกบ Na+ ของซโอไลต ไดมากกวาซโอไลตทเตรยมจากสารละลายชนดอนๆ

ชนดของสารละลายแลกเปลยนไอออน

69 2. ผลของปจจยตางๆตอประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนใน กาซผสมสงเคราะหของซโอไลตปรบปรงคณภาพและซโอไลตมาตรฐานชนด 4A เมอทดสอบ ดวยคอลมนดดซบกาซ แบบคอลมนเดยว 2.1 ผลของความดนทเหมาะสมตอประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดและกาซไนโตรเจน ผลของความดนท 1, 2 และ 3 บรรยากาศตอประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจน ของสารดดซบซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A, K-A, Cs-A, Mg-A และ Ca-A เมอทดสอบดวยคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว ทอณหภมหอง ( 27 องศาเซลเซยส) แสดงดงรปท 4.9 และ 4.10 ตามลาดบ

รปท 4.9 ความส มพน ธ ระหว า งผลของคว ามดน ตอประ สท ธภ าพการ ดดซบ ก าซ

คารบอนไดออกไซด ดวยซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และซโอไลตปรบปรงคณภาพชนดตางๆ ทอตราการไหลเขาตออตราการไหลออกเทากบ 1

(รอยละ)

ประสทธ

ภาพก

ารดดซ

บกาซ

คาร

บอนไดอ

อกไซด (

รอยละ)

70

รปท 4.10 ความสมพนธระหวางผลของความดนตอประสทธภาพการดดซบกาซไนโตรเจน ดวยซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และซโอไลตปรบปรงคณภาพชนดตางๆ ทอตราการไหลเขาตออตราการไหลออกเทากบ 1

จากรปท 4.9 และ 4.10 พบวาเมอความดนเพมขน จาก 1 บรรยากาศ เปน 3 ความดนบรรยากาศ ทาใหประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดและกาซไนโตรเจนเพมขนสาหรบทกชนดของซโอไลตททดสอบ ดงนนสภาพทเหมาะสมทสดสาหรบการทดลองนคอ ทความดน 3 บรรยากาศ เมอใชซโอไลตชนด Li-A ซงทาใหมประสทธภาพดดซบกาซคารบอนไดออกไซดไดคาสงสด รอยละ 95.39±0.01 และทาใหมประสทธภาพดดซบกาซไนโตรเจนไดคาสงสดรอยละ 49.07±0.02 ซงสอดคลองกบงานวจยของ Krista, et al. (2006) ทสรปวาเมอความดนในการดดซบเพมขนจะเพมพนทผวสมผสของสารดดซบตอกาซทถกดดซบ (กาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจน) และทาใหปรมาตรโพรงของผลกซโอไลตสามารถกกเกบกาซทถกดดซบไดเพมขน จงทาใหประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนเพมขน

2.2 ผลของอตราการไหลเขาตออตราการไหลออกทเหมาะสมตอประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจน ผลของอตราการไหลเขาตออตราการไหลออกท 0.14, 0.16, 0.2, 0.25, 0.28, 0.3,

0.4, 0.5, 0.6, 1, และ 2 ตอประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจน เมอใชสารดดซบซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A, K-A, Cs-A,

ประสทธ

ภาพก

ารดดซ

บกาซ

ไนโตร

เจน (รอยละ

)

71 Mg-A และ Ca-A ในคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว ทอณหภมหอง แสดงดงรปท 4.11 และ 4.12 ตามลาดบ

รปท 4.11 ความสมพนธระหวางผลของอตราการไหลเขาตออตราการไหลออก ตอประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด ดวยซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และซโอไลตปรบปรงคณภาพชนดตางๆทความดน 3 บรรยากาศ

รปท 4.12 ความสมพนธระหวางผลของอตราการไหลเขาตออตราการไหลออก ตอประสทธภาพการดดซบกาซไนโตรเจนดวยซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และซโอไลตปรบปรงคณภาพชนดตางๆทความดน 3 บรรยากาศ

อตราการไหลเขาตออตราการไหลออก

อตราการไหลเขาตออตราการไหลออก

.0 .0

.0 .0

(รอยละ)

ประสทธ

ภาพก

ารดดซ

บกาซ

ไนโตร

เจน (รอยละ

) ปร

ะสทธ

ภาพก

ารดดซ

บกาซ

คาร

บอนไดอ

อกไซด (

รอยละ)

72 จากรปท 4.11 และ 4.12 พบวาเมออตราการไหลเขาตออตราการไหลออกมคาเพมขน จาก 0.14 เปน 2 พบวาประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดมคาจาก รอยละ

51.55±0.05 เปน 92.23±0.04 และประสทธภาพการดดซบกาซไนโตรเจนมคาเฉลยจาก 40.31±0.05

เปน 48.44±0.03 ซงแสดงใหเหนวามประสทธภาพการดดซบกาซไดมากขนสาหรบทกชนดของ

ซโอไลตทใชทดสอบ เนองจากอตราการไหลของกาซขาออกทมคานอยจะทาใหระยะเวลาสมผสของสารดดซบกาซ กบกาซถกดดซบ (กาซคารบอนไดออกไซดและกาซไนโตรเจน) ทมากขน จงทาใหประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนเพมสงขน แตหากอตราการไหลของกาซขาออกมากกวากาซขาเขา สารดดซบจะมระยะเวลาสมผสกบกาซถกดดซบนอยลง เนองจากมปรมาณของกาซถกดดซบนอย ทาใหระยะเวลาเขาสภาวะสมดลการดดซบกาซเรวขน ซงมผลทาใหสารดดซบกาซอมตวเรวขน และประสทธภาพการดดซบกาซลดนอยลง จากผลการทดลองพบวาอตราการไหลของกาซขาเขาตออตราการไหลของกาซขาออกทเหมาะสมในการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนมคาเทากบ 1 โดยทาใหประสทธภาพของซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A ดดซบกาซคารบอนไดออกไซดไดเฉลยรอยละ 95.39±0.01 และดดซบกาซไนโตรเจนไดเฉลยรอยละ 49.07±0.02 ดวยอตราสวนการไหลของกาซขาเขาตอกาซขาออกทเทากน คอ 1 ลตรตอนาท จากผลการศกษาพบวา เมออตราการไหลของกาซขาเขา ตออตราการไหลของกาซขาออกนอยสามารถเพมประสทธภาพการดดซบกาซสงขน

2.3 ผลของไอออนบวกของซโอไลตปรบปรงคณภาพชนดตางๆ ตอความสามารถในการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด ผลการศกษาประสทธภาพการดดซบกาซกาซคารบอนไดออกไซด เมอทดสอบดวยคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยวดวยซโอไลตมาตรฐาน 4A และซโอไลตทปรบปรงคณภาพดวยสารละลายเกลอคลอไรดชนดตางๆ ไดแก ลเทยมคลอไรด (LiCl) โพแทสเซยมคลอไรด (KCl) ซเซยมคลอไรด (CsCl) แมกนเซยมคลอไรด (MgCl2) และแคลเซยมคลอไรด (CaCl2.2H2O) เพอใหมความจาเพาะเจาะจงตอการดดซบกาซ สภาวะทเหมาะสม คอ ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตออตราการไหลออกเทากบ 1 จากรปท 4.13 แสดงใหเหนวา ประสทธภาพในการดดซบเปนรอยละเรยงจากมากไปนอย เปนดงนคอ Li-A > Ca-A >K-A >Cs-A>Mg-A และSTD 4A โดยมคาเฉลยเปน 95.39±0.01 >90.16±0.04>84.11±0.02>74.53±0.03>64.02±0.04>61.32±0.05 ตามลาดบ เนองจากลเทยมมขนาดอนภาคโดยประมาณ 3.58 องสตรอม ซงมคาใกลเคยงกบขนาดโมเลกลกาซคารบอนไดออกไซด ทเทากบ 3.40 องสตรอม ในขณะทซโอไลตชนดอนไดแก K-A, Cs-A, Mg-A, Ca-A และSTD 4A ม

73 ขนาดอนภาค เทากบ 5.08, 5.90, 3.84, 4.30 และ3.80 องสตรอม ตามลาดบ (Mitariten , 2005) ทาใหประสทธภาพในการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดของซโอไลตชนด Li-A มคาสงสด ซงสอดคลองกบผลการวจยของ Krista et al. (2006) ทพบวา คาความสามารถในการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดขนกบคาพลงงานยดเหนยวชนดมขว (Electronegativity ; EN )โดยพบวาขนาดของไอออนบวกทมขนาดเลกจะมคา EN สง เพราะสามารถยดเหนยวอเลกตรอนครวมพนธะไดมากกวา ไอออนบวกทมขนาดใหญ ซงไดแก สารละลายลเทยมคลอไรด มขนาดไอออนบวกเลกสด จะมคาพลงงานยดเหนยวชนดความมขวระหวาง Li + กบกาซคารบอนไดออกไซด ไดมาก ทาใหซโอไลตเกดการแลกเปลยนกบไอออนบวกกบ Li+ ในสารละลายลเทยมคลอไรดไดมากกวาส า รล ะล ายช นด อนๆ ดงนน ซ โอไลตช นด Li-A ม ค าป ระ สท ธภ าพการ ดดซบก า ซคารบอนไดออกไซดไดมากทสด

รปท 4.13 ประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด ดวยซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และ

ซโอไลตปรบปรงคณภาพชนดตางๆ เมอทดสอบดวยคอลมนดดซบกาซแบบคอลมน เดยว ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตออตราการไหลออกเทากบ 1

2.4 ผลของระยะเวลาตอประสทธภาพการดดซบกาซ ประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดในกาซผสมสงเคราะห N2:CO2

60:40 ดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A และ Ca-A ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตออตราการไหลออกเทากบ 1 ทระยะเวลาสมผสตางๆ แสดงดงรปท 4.14

ประสทธ

ภาพก

ารดดซ

บกาซ

คาร

บอนไดอ

อกไซด (

รอยละ)

74 จากรปท 4.14 พบวา จานวนโมลกาซคารบอนไดออกไซดทถกดดซบดวยซโอไลตชนด Li-A และ Ca-A มคาเปน 0.72±0.02 และ 0.61±0.01 โมลคารบอนไดออกไซดตอกรมซโอไลต ตามลาดบ โดยใชเวลาในการเขาสสมดลการดดซบกาซเทากบ 108.12 และ 140.03 นาท ตามลาดบ จะเหนวาซโอไลต Li-A สามารถดดซบกาซคารบอนไดออกไซด ไดมากกวาซโอไลตชนด Ca-A

แตซโอไลตชนด Ca-A ใชเวลาเขาสสมดลการดดซบกาซนานกวาซโอไลตชนด Li-A เมอพจารณาผลของขนาดพนทผวจาเพาะ และขนาดของอนภาค พบวาซโอไลต Ca-A มคามากทสด ดงนนจงใชเวลาเขาสสมดลการดดซบกาซมากทสด จงสรปไดวาซโอไลตชนด Li-A มคณสมบตในการนาไปเปนตวดดซบกาซมากทสด เนองจากใชเวลาเขาสสมดลการดดซบกาซนอย และมประสทธภาพในการดดซบกาซไดมากกวา ซงผลการศกษาดงกลาวสอดคลองกบงานวจยของจตตะเสน (2541)

พบวาซโอไลตชนด Li-A มขนาดอนภาคใกลเคยงกบขนาดโมเลกลของคารบอนไดออกไซด จงเหมาะสมตอการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดมากกวาซโอไลตชนดอนๆ

รปท 4.14 ประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดในกาซผสมสงเคราะห N2:CO2 =

60:40 ดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A และ Ca-A ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตออตราการไหลออกเทากบ 1 ทระยะเวลาสมผสกาซตางๆ 2.5 ผลของระยะเวลาครบรอบการดดซบตอประสทธภาพการดดซบกาซ ระยะเวลาครบรอบการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดในกาซผสมสงเคราะห N2:

CO2 = 60:40 ดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A และ Ca-A ทความดน 3 บรรยากาศ อตรา

75 การไหลเขาตออตราการไหลออกเทากบ 1 โดยศกษาจากผลตางของความดนทเวลาตางๆในหนงรอบการดดซบ แสดงดงรปท 4.15

รปท 4.15 ความสมพนธระหวางความดน และระยะเวลาครบรอบการดดซบกาซ ในกาซผสม สงเคราะห ดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A และ Ca-A ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตอการไหลออกเทากบ 1

จากรปท 4.15 พบวาระยะเวลาครบรอบการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดในกาซผสมสงเคราะห N2:CO2 = 60:40 ในหนงรอบการดดซบ ดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A และ Ca-A เทากบ 15.35 และ 19.28 นาท จะเหนวาซโอไลต Li-A ในหนงรอบการดดซบใชระยะเวลานอยกวาซโอไลต Ca-A และนาผลของระยะเวลาตอรอบทไดมาศกษาระยะครบรอบการดดซบจนเขาสภาวะสมดลการดดซบกาซแสดงดงในรปท 4.16 และ 4.17 ตามลาดบ

Li-A

15.35 นาท Ca-A

19.28 นาท

76

รปท 4.16 ความสมพนธระหวางรอยละความเขมขนของกาซคารบอนไดออกไซดคงเหลอกบ

เวลาสมผสเปนนาท ซงสมพนธกบจานวนรอบในการดดซบ เมอทดสอบการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดในกาซผสมสงเคราะห ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตออตราการไหลออกเทากบ 1 ดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A

รปท 4.17 ความสมพนธระหวางรอยละความเขมขนของกาซคารบอนไดออกไซดคงเหลอกบ

เวลาสมผสเปนนาท ซงสมพนธกบจานวนรอบในการดดซบ เมอทดสอบการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดในกาซผสมสงเคราะห ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตออตรากาไหลออกเทากบ 1 ดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Ca-A

ความเขมขน CO2 เรมตน


ระยะวลาเขาสสมดลการดดซบ

ระยะวลาเขาสสมดลการดดซบ

77 จากรปท 4.16-4.17 พบวาซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A สามารถดดซบกาซคารบอนไดออกไซดได 5 รอบ โดยรอบท 5 พบวาเรมเขาสระยะเวลาการหมดสภาพตวดดซบ โดยกาหนดจดหมดสภาพตวดดซบจากการลดลงของประสทธภาพการดดซบกาซทรอยละ 50 โดยจดวาตวดดซบหมดสภาพ (จตพร และ นรกษ, 2547) โดยพบวาซโอไลตทปรบปรงคณภาพชนด Li-A ใชเวลาสมผสเทากบ 71.75 นาท สวนซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Ca-A จะใชได 5 รอบแลวจงจะหมดสภาพ คอทเวลาสมผสเทากบ 82.51 นาท ซงซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A เขาสสมดลการดดซบใชเวลานอยกวา ซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Ca-A

โดยผลการทดลองดงกลาวจะสมพนธกบขอ 2.4 คอผลของระยะเวลาสมผสทงหมดตอประสทธภาพการดดซบกาซซงจะเหนวา ซโอไลตชนด Li-A และ Ca-A ใชเวลาในการเขาสสมดลการดดซบกาซใกลเคยงกน ท 98.23 และ 140.15 นาท ตามลาดบ

3. ประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดและกาซไนโตรเจนในกาซชวภาพสงเคราะห ดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A เมอทดสอบดวยเครองแยกกาซสลบความดนแบบ สองคอลมน จากผลการทดลองขางตนเกยวกบผลของปจจยตางๆ ตอประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนของซโอไลตปรบปรงคณภาพและซโอไลตมาตรฐาน ชนด 4A เมอทดสอบดวยคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว พบวาสภาวะทเหมาะสมคอ ใชซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A ทเตรยมดวย LiCl ความเขมขน 1 โมลตอลตร ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการการไหลเขาของกาซตออตราการไหลออกเทากบ 1 มระยะเวลาในหนงรอบของการดดซบเทากบ 15.35 นาท ระยะเวลาครบรอบการดดซบทใชไดกอนหมดสภาพคอ 5 รอบ ทเวลาสมผสเทากบ 71.75 นาท พบวาทาใหประสทธภาพดดซบกาซคารบอนไดออกไซดไดรอยละ 95.39±0.01 และดดซบกาซไนโตรเจนไดรอยละ 49.07±0.02 จงนาสภาวะทเหมาะสมเหลานมาประยกตใชกบการทดสอบประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจนในกาซชวภาพสงเคราะห (N:CO2:CH4 = 20:30:50) ดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A เมอทดสอบดวยเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมนทมระบบรองรบกาซสงเคราะหแบบสามองคประกอบ ทอณหภมหอง (27 องศาเซลเซยส) โดยมรายละเอยดการทดลองดงอธบายมาแลวในบทท 3 การกาหนดระยะเวลาแตละขนตอนการทางานในระบบแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน ศกษาจากระยะเวลาครบหนงรอบการดดซบ ตอประสทธภาพการดดซบกาซชวภาพสงเคราะห แลวนาผลทไดศกษาระยะเวลาครบรอบการดดซบจนเขาสภาวะสมดลการดดซบ

78

3.1 ความสมพนธระหวางความดน และระยะเวลาครบรอบการดดซบ ผลการศกษาความสมพนธระหวางความดน และระยะเวลาครบหนงรอบการดดซบกาซชวภาพสงเคราะห ดวยซโอไลตดดแปลงชนด Li-A ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตออตราการไหลออกเทากบ 1 เมอทดสอบโดยใชคอลมนดดซบกาซแบบสองคอลมน แสดงดงในรปท 4.18

รปท 4.18 ความสมพนธระหวางความดน และระยะเวลาครบรอบการดดซบกาซชวภาพ

สงเคราะห ดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการ ไหลเขาตออตราการออกเทากบ 1

จากรปท 4.18 พบวาขนตอนของ Pressure profile (ชวงความตางของความดน) คอ ระยะเวลาการเพมความดนในการดดซบกาซ (pressurization) ระยะเวลาการดดซบ (adsoroption)

ระยะเวลาการลดความดน (blow down) และระยะเวลาการชะลาง (purge) ของคอลมน A และคอลมน B พบวามคาไมมความแตกตางกน โดยใชชวงเวลาความแตกตางของความดนทงหมด 16

นาท เทากน ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตออตราการไหลออกเทากบ 1 และพบวาใชเวลาในการดดซบ 6 นาท เรมเขาสระยะเวลาการหมดสภาพการดดซบกาซของตวดดซบ โดยนามาศกษาระยะเวลาการดดซบกาซของขนตอนการทางานในระบบแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมนไดดงตารางท 4.5

Pressurization

Adsorption

Purge Blow down

79 ตารางท 4.5 ระยะเวลาแตละขนตอนของการเดนระบบดวยเครองแยกกาซสลบความดนแบบสอง คอลมน

ขนตอน

เวลา (นาท) การเดนระบบ คอลมน A

เวลา (นาท) การเดนระบบคอลมน B

1. Pressurization 1.38

6.00

4.73

3.89

1.46

6.00

4.62

3.92

2. Adsorption 3. Blow down

4. Purge

จากตารางท 4.5 ขนตอน 3 และ 4 เปนขนตอนการลดความดนลง (Depressurization)

คอชวงระยะเวลาการปลอยความดนเพอคายซบ

3.2 ระยะเวลาตอประสทธภาพการดดซบกาซชวภาพสงเคราะห ผลการศกษาระยะเวลาตอประสทธภาพการดดซบกาซชวภาพสงเคราะหของกาซ

แตละองคประกอบ (N2:CO2:CH4 = 20:30:50) พบวาคอลมน A และคอลมน B ใชเวลาเขาสสมดลการดดซบกาซ 135 นาทเทากน (รปท 4.19 และ 4.20) อกทงพบวาทเวลา 105 นาท ซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A เรมเขาสระยะเวลาการหมดสภาพการดดซบของตวดดซบ

รปท 4.19 ความสมพนธระหวางรอยละความเขมขนของกาซชวภาพสงเคราะห ทเวลาสมผสตางๆของคอลมน A ในเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน ดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตออตราการไหลออก

เทากบ 1

ความเขมขน CH4 เรมตน

ความเขมขน CO2 เรมตน ความเขมขน N2 เรมตน

N2

CO2

CH4

80

รปท 4.20 ความสมพนธระหวางรอยละความเขมขนของกาซชวภาพสงเคราะห ทเวลาสมผส ตางๆ ของคอลมน B ในเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน ดวยซโอไลต ปรบปรงคณภาพชนด Li-A ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตออตราการ

ไหลออกเทากบ 1

3.3 ระยะเวลาครบรอบการดดซบกาซชวภาพสงเคราะห ผลการศกษาเพอหาระยะเวลาครบรอบในการเดนระบบเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน (คอลมน A และ คอลมน B ) โดยใชระยะเวลาแตละขนตอนตามทกาหนดดงตารางท 4.4 พบวาซโอไลต Li-A สามารถดดซบกาซชวภาพสงเคราะหของกาซแตละองคประกอบไดไมนอยกวารอยละ 50 (ยงคงสภาพการดดซบ) เมอมระยะเวลาครบรอบการดดซบ 7 รอบ ทระยะเวลาสมผสเทากบ 105 นาท สาหรบทงคอลมน A และคอลมน B (รปท 4.21 และรปท 4.22)

โดยมประสทธภาพสงสดของการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจน สาหรบคอลมน A เทากบรอยละ 98.73±0.02 และ 53.92±0.03 ตามลาดบ และสามารถเพมสดสวนกาซมเทนไดถงรอยละ 88.35±0.01 สวนคอลมน B มประสทธภาพสงสดในการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และไนโตรเจนได เทากบรอยละ 97.03±0.04 และ 53.76±0.01 ตามลาดบ และสามารถเพมสดสวนกาซมเทนไดถงรอยละ 87.87±0.01 ดงนนการใชเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน มประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดในกาซชวภาพสงเคราะหไดสงกวาการดดซบดวยคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว ทมคาประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดไดรอยละ 95.39±0.01 สาหรบระบบการดดซบแบบสลบความดนนนถงแมจะมตนทนในการผลตทคอนขางสงกวาระบบการดดซบแบบคอลมนเดยว แตสามารถใหกาลงการ

ความเขมขน CH4 เรมตน


ความเขมขน N2 เรมตน

N2

CO2

CH4

81 ผลตมากกวาระบบการดดซบแบบคอลมนเดยว เนองจากระบบการดดซบแบบสลบความดนมวงรอบในการดดซบทเรวกวา และการกาหนดขนตอนการเดนระบบจะสะดวกและงายตอการนาไปใช จงใหปรมาณการผลตทมากกวา

รปท 4.21 ความสมพนธระหวางรอยละความเขมขนของกาซคารบอนไดออกไซด ไนโตรเจน และมเทน กบเวลาสมผสเปนนาท ซงสมพนธกบจานวนรอบการดดซบ เมอทดสอบ การดดซบกาซดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A คอลมน A ในเครองแยกกาซ สลบความดนแบบสองคอลมน ในกาซชวภาพสงเคราะห ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตอการไหลออกเทากบ 1

N2

CO2

CH4

82

รปท 4.22 ความสมพนธระหวางรอยละความเขมขนของกาซคารบอนไดออกไซด ไนโตรเจน และมเทน กบเวลาสมผสเปนนาท ซงสมพนธกบจานวนรอบการดดซบ เมอทดสอบ การดดซบกาซดวยซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A คอลมน B ในเครองแยกกาซ สลบความดนแบบสองคอลมน ในกาซชวภาพสงเคราะห ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตอการไหลออกเทากบ 1

เมอนามาผลประสทธภาพการดดซบมาวเคราะหความสมพนธการดดซบกาซแตละชนดในกาซชวภาพสงเคราะหระหวางคอลมน A และคอลมน B ดวยวธ Pearson correlation พบวา การดดซบกาซชวภาพสงเคราะหทง 7 รอบ คาทไดมความสมพนธกนอยางมนยสาคญทางสถต ไดผลดงตารางท 4.6

N2

CO2

CH4

83 ตารางท 4.6 ความสมพนธของการดดซบกาซไนโตรเจน คารบอนไดออกไซด และมเทนของ คอลมน A และคอลมน B เมอพจารณาจากจานวน 7 รอบ (ซงยงคงมสภาพการ

ดดซบ คอประสทธภาพไมนอยกวารอยละ 50)

ชนดกาซชวภาพสงเคราะห

Pearson Correlation

r P

ไนโตรเจน 0.939 0.002

คารบอนไดออกไซด 0.953 0.001

มเทน 0.972 0.000

หมายเหต Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed)

จากตารางท 4.6 คานยสาคญทไดจากการเปรยบเทยบความสามารถในการดดซบกาซ ไนโตรเจน กาซคารบอนไดออกไซด และมเทนทง 2 คอลมน เทากบ 0.002, 0.001 และ 0.000 ตามลาดบ ซงมคานอยกวาระดบนยสาคญของความเชอมนท 99% (0.01) แสดงวาความสามารถในการดดซบกาซไนโตรเจน กาซคารบอนไดออกไซด และมเทนทง 2 คอลมน มความสมพนธกนอยางมนยสาคญทางสถต

84

บทท 5 สรปผลการวจย และขอเสนอแนะ

. สรปผลการวจย

สมบตทางกายภาพและทางเคมของซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A, K-A, Cs-A, Mg-A และ Ca-A ทความเขนขน 1 โมลตอลตรไดผลการทดลองทดทสด สมบตทางกายภาพพบวา ขนาด รปทรงผลก (SEM) และโครงสรางผลก (XRD) ของซโอไลตมาตราฐานชนด 4A และซโอไลตมาตราฐานชนด 4A ทผานการปรบปรงคณภาพดวยสารละลายคลอไรดชนดตางๆ ผลการศกษาพบวาไมแตกตางกน โดยแสดงใหเหนถงการมเสถยรภาพของโครงสรางของผลกทมคาสง สาหรบพนผวจาเพาะ (BET) พบวาซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Ca-A > K-A > Li-A > Mg-A > Cs-A > STD4A มคาเปน 390.1 > 309.9 > 306.4 >

160.0 > 148.2 > 33.31 ตารางเมตรตอกรม ตามลาดบ ซงแสดงถงการมคณสมบตความเปนรพรนของตวดดซบ

สมบตทางเคม พบวาคาความสามารถในการแลกเปลยนแคลเซยมไอออน (CEC) ของซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A > Ca-A > K-A > Cs-A > Mg-A และSTD 4A มคาเปน 716.33±0.58 > 692.74±0.35 > 678.85±0.08 > 648.50±0.39 > 610.33±0.60 > 559.48±0.48 มลลกรมแคลเซยมคารบอเนตตอกรมซโอไลต จะเหนไดวาซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A มคาความสามารถในการแลกเปลยนไอออนดทสดซงสอดคลองกบคาความเปนกรด-ดาง (pH) ซงมคาเปน 8.9±0.12 > 7.9±0.10 > 7.4±0.06 > 7.3±0.06 > 7.0±0.15 > 6.8±0.12 และความเขมขนของธาตสารละลาย (ICP) มคาเทากบรอยละ 87.79±0.03 > 82.82±0.02 > 76.66±0.02 > 75.40±0.04 > 63.25±0.05 ตามลาดบ จะหนไดวาซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A และ Ca-A มสมบตทางกายภาพและทางเคมดทสดจงเลอกมาวเคราะหหาองคประกอบทางเคม (XRFS) โดยเปรยบเทยบกบของซโอไลตมาตราฐานชนด 4A พบวามธาตทเปนองคประกอบหลกของซโอไลต อตราสวนโดยมวลของซลกาและอะลมนาของซโอไลต STD 4A, Li-A และ Ca-A มคาเทากบ 3.21, 2.51 และ 2.45 ตามลาดบ ซงอยในชวงทมคาตา จะมสมบตของความมขวภายในรพรนสง สามารถนาไปใชเปนตวดดซบกาซได

ซโอไลตมาตราฐานชนด 4A และซโอไลตปรบปรงคณภาพชนด Li-A, K-A, Cs-A,

Mg-A และ Ca-A มคณสมบตในการนาไปใชเปนตวดดซบกาซคารบอนไดออกไซด

85

การทดสอบประสทธภาพการดดซบกาซดวยซโอไลตมาตรฐานชนด 4A และซโอไลตปรบปรงคณภาพชนดตางๆ มการดาเนนการเปน 2 กรณคอ

5.1.1 การดดซบกาซคารบอนไดออกไซดและกาซไนโตรเจนในกาซผสมสงเคราะห (N2:CO2 = 60:40) โดยใชคอลมนดดซบแบบคอลมนเดยว

การทดลองดาเนนการโดยมสภาวะคงทคอ อณหภม ศกษาทอณหภมหอง (27 องศาเซลเซยส) และนาหนกของตวดดซบเทากบ 200 กรม ปจจยททาการศกษาคอ ความดน อตราการไหลเขาตออตราการไหลออกของกาซ ชนดของประจบวก และเวลาตอประสทธภาพการดดซบกาซ โดยความดนทาการศกษาท 1,2 และ 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตออตราการไหลออกท 0.14,

0.16, 0.2, 0.25, 0.28, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 1, และ 2 ผลของประจบวก (Li+, K+, Cs+, Mg2+ และ Ca2+) เวลาสมผสท 0-200 นาท พบวาสภาวะทเหมาะสมในการดดซบ คอ ทความดน บรรยากาศ อตราการไหลเขาตออตราการไหลออกของกาซเทากบ ใชซโอไลตมาตราฐานชนด A ปรบปรงคณภาพดวยสารละลายลเทยมคลอไรดทความเขมขน 1 โมลตอลตร (Li-A) ใหประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดและกาซไนโตรเจนสงสด คอ รอยละ 95.39±0.01 และรอยละ 49.07±0.02 ตามลาดบ ระยะเวลาในการดดซบ 15.35 นาท/รอบ ระยะเวลาครบรอบการดดซบกาซทยงสามารถใชไดคอ 5 รอบ

. . การศกษาการดดซบกาซชวภาพสงเคราะห (N2:CO2:CH4 = 20:30:50 ) โดยใชเครองแยกกาซสลบความดนแบบสองคอลมน

การทดลองดาเนนการโดยมสภาวะคงทคอ อณหภม ศกษาทอณหภมหอง (27 C) และนาหนกของตวดดซบเทากบ 225 กรม ดวยสภาวะทเหมาะสมทไดจากการทดลองดวยคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว คอ ทความดน 3 บรรยากาศ อตราการไหลเขาตออตราการไหลออกของกาซเทากบ ใชซโอไลตมาตราฐานชนด A ปรบปรงคณภาพดวยสารละลายลเทยมคลอไรดทความเขมขน 1 โมลตอลตร (Li-A) พบวาคอลมน A และ B ใชเวลาครบรอบการดดซบ เทากนคอ 16 นาท/รอบ ระยะเวลาครบรอบทสามารถใชในการดดซบกาซสาหรบคอลมน A และ B มคาเทากน คอ 7 รอบ และมประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจน สาหรบคอลมน A เทากบรอยละ 98.73±0.02 และ 53.92±0.03 ตามลาดบ และสามารถเพมสดสวนกาซม เทนไดถง รอยละ 88.35±0.01 สวนคอลมน B มประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และไนโตรเจน เทากบรอยละ 97.03±0.04 และ 53.76±0.01 ตามลาดบ และสามารถเพมสดสวนกาซมเทนไดถงรอยละ 87.87±0.01 โดยทง คอลมน A และคอลมน B นนไมแตกตางกนอยางมนยสาคญ (Sig.) ตากวา 0.01 และพบวาการใชเครองแยกกาซสลบความดนแบบ

86

สองคอลมน มประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดในกาซชวภาพสงเคราะห สงกวาการดดซบดวยคอลมนดดซบกาซแบบคอลมนเดยว

. ขอเสนอแนะ ขอเสนอแนะในการวจยครงตอไป 5.2.1 ทดลองเปรยบเทยบประสทธภาพการดดซบกาซคารบอนไดออกไซด และกาซไนโตรเจน กบตวดดซบชนดอน เชน ซโอไลตชนด X และ Y หรอ ซโอไลตทสงเคราะหจากวสดเหลอทงตางๆ เชน เถาลอยถานหน ตะกรนเหลก ขยชานออย และ แกลบ เปนตน

5.2.2 ทดลองเปรยบเทยบประสทธภาพการดดซบกาซชนดอนๆในอตสาหกรรม เชน

ไฮโดรเจนซลไฟด เปนตน 5.2.3 ทดลองปรบปรงคณภาพซโอไลตดวยวธการอนๆ เชน วธการเอบชม เปนตน . . การใชซโอไลตทขนรปแบบเมดเพอยดอายการใชงานไดนานขนในการดดซบกาซในระบบแบบตอเนอง และเพอใหสามารถนาไปใชจรงในระบบการแยกกาซแบบสลบความดนของโรงงานอตสาหกรรม

. . ทดลองเปรยบเทยบการการฟนฟสภาพ (regenerate) ซโอไลตแบบเมดชนด A ทผานการใชแลวดวยวธอนๆ เพอใหสามารถนากลบมาใชใหมไดอก เชน การฟนฟดวยไอนา และการฟนฟดวยการใชสารเคม เปนตน

. . ทดลองประสทธภาพการดดซบคารบอนไดออกไซดและกาซไนโตรเจน ในกาซชวภาพทไดจากกระบวนการหมกจากถงหมกกาซชวภาพในสภาพการหมกแบบไรอากาศ

5.2.7 ควรศกษาการดงกาซคารบอนไดออกไซดหลงจากกระบวนการดดซบดวยซโอไลตทอมตวแลว กลบมาใชใหม

87

รายการอางอง

กรมวชาการเกษตร. 2554. กาซเรอนกระจก. พมพครงท 1. โรงพมพครสภาลาดพราว, กรงเทพฯ. กรองกาญจน ภระรตน. 2530. การศกษาประสทธภาพของการกาจดพาราควอทโดยวธการ ตกตะกอนดวยสารเคมและการดดซบดวยถาน. วทยานพนธวทยาศาสตรมหาบณฑต, มหาวทยาลยเกษตรศาสตร. ขนทอง สนทราภา. 2553. การเตรยมและลกษณะของสมบตเมมเบรนแลกเปลยนโปรตอนชนด ไคโตซาน - ซโอไลตและพอลซลโฟน - ซโอไลต. วทยานพนธวทยาศาสตรมหาบณทต, จฬาลงกรณมหาวทยาลย.

ชลธรา บญฟง และพนารตน รตนพาน. 2554. การศกษาระบบดดซบแบบสลบความดนสาหรบการแยกนาออกจากไอผสมเอทานอล - นา โดยใชตวดดซบจากมนสาปะหลง. วทยานพนธวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต, มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร.

จตพร วทยาคณ และนรกษ กฤษดารกษ. 2547. การเรงปฏกรยา พนฐานและการประยกต. พมพครงท1. โรงพมพมหาวทยาลยธรรมศาสตร, กรงเทพฯ.

จฑาทพย เพชรอนทร. 2547. การกาจดตะกวในนาเสยสงเคราะหโดยใชซโอไลตทสงเคราะห จากเถาลอยถานหนและจากเถาลอยชานออย. วทยานพนธวทยาศาสตรมหาบณฑต, จฬาลงกรณมหาวทยาลย.

จตตะเสน จรญวฒนเลาหะ. 2541. การจาลองผลกระทบของวธการเพมและลดความดนตอการแยกอากาศโดยกระบวนการดดซบแบบความดนสลบ. วทยานพนธวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต, จฬาลงกรณมหาวทยาลย.

ชมพนช อศรตนวาศ. 2551. การเตรยมและลกษณะของเมมเบรนไคโตซาน/ซโอไลตสาหรบการแยกมเทนในกาซชวภาพ. วทยานพนธวทยาศาสตรมหาบณฑต, จฬาลงกรณมหาวทยาลย.

ไชยวฒน รงคสยามานนท. 2548. การปรบปรงเมดซโอไลตสงเคราะหจากเถาลอยลกไนทเพอกาจดแคดเมยม. วทยานพนธวทยาศาสตรมหาบณฑต, มหาวทยาลยเชยงใหม.

เดชา ฉตรศรเวช. 2552. กระบวนการดดซบ. พมพครงท 1. สานกพมพจฬาลงกรณมหาวทยาลย, กรงเทพฯ.

ธระพงษ นามโท. 2543. การผลตซโอไลตชนด ZSM-5 จากเถาลอยถานหนลกไนต. วทยานพนธ วทยาศาสตรมหาบณฑต, มหาวทยาลยเกษตรศาสตร. นตยา มหาผล. 2533. การทาใหโลกรอนขน. พมพครงท 1. สานกพมพองคการสงเคราะหทหาร

ผานศก, กรงเทพฯ.

88 บญเดช เบกฟา. 2553. การใชซโอไลตเปนตวดดซบ. วทยานพนธวทยาศาสตรมหาบณฑต,

มหาวทยาลยเกษตรศาสตร. ปรดา วบลยสวสด. 2534. แหลงพลงงานของโลกและประเทศไทย. วารสารเทคโนโลยพลงงาน 17

(97): 77-82.

ปภส ชนะโรค, กงจกร ลมวชย, รตนวรรณ เกยรตโกมล และ วรชย อาจหาญ. 2555. การปรบปรง คณภาพกาซชวภาพดวยกระบวนการดดซบสลบความดน. วทยานพนธวศวกรรมศาสตร มหาบณฑต, มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร. มนตร ทองคา. 2542. การสงเคราะหซโอไลตจากเถาลอยถานหน. วทยานพนธวทยาศาสตรมหา บณฑต, จฬาลงกรณมหาวทยาลย. รงระว ยงยวด และนศา ชนพนธ. 2536-2537. การสงเคราะหซโอไลตจากดนขาว. วทยานพนธ

วทยาศาสตรมหาบณฑต, มหาวทยาลยเกษตรศาสตร. เรวด อนวฒนา. 2551. รายงานประจาป 2551 สานกงานคณะกรรมการวจยแหงชาต ก.ย. 2551 -

ก.ย. 2552. 115 หนา. เรวด อนวฒนา. 2544. การสงเคราะหซโอไลตจากตะกรนทไดจากโรงงานหลอโลหะ. วทยานพนธ

วทยาศาสตรมหาบณฑต, มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร. ยงยทธ แสนสพรรณ. 2541. ไอโซเทอมการดดซบของแกสไฮโดรคารบอนเขมขนดวยซโอไลต.

วทยานพนธวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต, จฬาลงกรณมหาวทยาลย. วสน กาญจนภ. 2545. การทาไฮโดรเจนใหบรสทธจากแกสสงเคราะหโดยวอเตอรแกสซฟตและตว ดดซบทางเคม. วทยานพนธวทยาศาสตรมหาบณฑต, จฬาลงกรณมหาวทยาลย.

ศรนช ลอยหา. 2556. ซโอไลตและเทคโนโลยซโอไลต. วารสารวทยาศาสตร มข. (41) 1: 55-56. อาณต วพฒนา และยทธเกยรต รงเรองพลางกล. 2536. การผลตซโอไลตจากผลตภณฑพลอยได

ของกระบวนการ aluminium atching. วทยานพนธวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต , มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร.

อารญา บญเกลยง. 2545. สมดลการดดซบกาซคารบอนไดออกไซดและกาซไนโตรเจนดวยถานดดซบจากกะลามะพราวทตมในสารละลายกรดซลฟวรก . วทยานพนธวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต, จฬาลงกรณมหาวทยาลย.

อรชร ฉมจารย. 2544. การศกษาสมบตของซโอไลตทสงเคราะหจากตะกรนของเตาควโปลา . วทยานพนธวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต, มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร. Breck, D.W. 1974. Zeolite Molecular Sieve: Structure, Chemistry, and Used. John Wiley &

Sons, Inc., New York.

89 Department of Chemistry. 1990. Surface Analysis. Brunauer Emmett Teller (BET) Surface

Area Analysis and Barrett Joyner Halenda (BJH) Pore Size and Volume Analysis.

Available Source: http://www.saf.chem.ox.ac.uk/Instrument/BET/sorpopprin.html, May

7, 2001.

Douglas, M.R., S. Farooq and K.S. Knaebel. 1994. Pressure Swing Adsorption. McGraw -

Hill, Inc., New York.

Dryer, A. 1988. Introduction to Zeolite Molecular Sieves. John Wiley & Sons, Inc.,

New York.

Dufour, J., M. Khadhraoui, T. Watanabe and M. Kuroda. 2001. Optimization of the synthesis of

zeolite 4A from waste of aluminium profile production. Journal Environmental

Science Health 36: 1257-1270.

Ertan, A. 2004. CO2, N2 and Ar adsorption on zeolite. Purification Technology 1: 123-128.

Eckenfelder, W.W. 1996. Industrial Water Pollution Control. CBI Publishing, Inc.,

New York.

Kadir, M. 1998. Nonyl and dodecylamines intercalated bentonite and illite from Turkey.

Journal Environmental Science Health 90: 105-113.

Ko, D. and I. Moon. 2000. Optimization of startup operating condition in RPSA. Separation

and Purifition Technology 21: 17-26.

Krista, S., C. Sawyer, P. Carty and G. Parkin. 2006. CO2 adsorption in Y and X zeolite modified

by alkali metal cation exchange, microporous and mesoporous materials. Journal of

Geochemical 91: 78-84.

Martin, R.P., M.P. Nicoletti and R.S. Al-Ameeri. 2007. Adsorption and desorption of multiple

adsorbates in fixed bed. Separation and Purification Technology 34: 1861-1877.

Melian, I., J. Bouaziz, T. Chartier and J. Baumard. 2006. Alkaline leaching for synthesis of

improved Fe-ZSM-5 catalyst. Catalysis Communications 7: 100-103.

Mitariten, M. 2005. Molecular gate adsorption system for the removal of carbon dioxide and

nitrogen from coalbed and coal mine methane. American Industrial Hygiene

Association 37: 570-577.

Montgomery, W.L. 1985. Unit Operations of Chemical Engineering. Mc Graw-Hill, Inc.,

New York.

90 Ruthven, D.W. 1998. Zeolite as selective adsorbtion. Chemical Engineering Procress

89: 42-50.

Szostak, R. 1989. Molecular sieve principles of synthesis and identification. Van Nostrand

Reinhold, New York. Van, B. 2001. Equilibrium adsorption of ethane, ethylene, isobutane, carbon dioxide, and their

binary mixtures on 13X molecular sieve. Chemical English Data 27: 196-200.

Yang, S. 1987. The synthesis of zeolite from fly ash and properties of zeolite products.

Thermochimica Acta 41: 785-792.

Zhonglin, W., B. Biskup and B. Subotic. 2006. Template free ZSM-5 from siliceous rice hull

ash with varying contents. Microporous and Mesoporous Materials 56: 134-140.

ภาคผนวก

92

ภาคผนวก ก

สตรการคานวณคาความสามารถในการแลกเปลยนไอออน (Cation Exchange Capacity, CEC)

93

สตรการคานวณ

วธคานวณคาความสามารถในการแลกเปลยนไอออน (Cation Exchange Capacity, CEC)

(เรวด, 2551)

1. ชงตวอยางซโอไลตทตองการวเคราะห . กรม ใสในครซเบล และเผาทอณหภม

องศาเซลเซยส เปนเวลา 1 ชวโมง แลวคานวณหาคาการสญเสยจากการเผา (Loss On Ignition, LOI)

LOI = มวลตวอยางกอนเผา - มวลตวอยางหลงเผา x 100

มวลตวอยางกอนเผา

2. ใสสารละลายแลกเปลยนแคลเซยม ความเขมขน , มลลกรมตอกโลกรม ปรมาตร มลลลตร นาไปปนกวนดวยความเรวรอบ รอบตอนาท เปนเวลา นาท

3. ชงตวอยางซโอไลตทตองการวเคราะห . กรม แลวถายใสลงในสารละลายแลกเปลยนแคลเซยมกวนดวยความเรวรอบ รอบตอนาท เปนเวลา นาท แลวนามากรองใหไดสารละลายใส

4. ปเปตสารละลายสวนใส ลกบาศกเซนตเมตร ใสในขวดแกว มลลลตร เตมโซเดยมไฮดรอกไซดความเขมขน โมลตอลตร ปรมาตร มลลลตร เตมสารละลายบฟเฟอร มลลลตร และไฮดรอกซแนฟทอลบลอนดเคเตอร . กรม แลวไทเทรตกบสารละลายมาตรฐานอดทเอ . โมลตอลตร จนถงจดยตเมอมการเปลยนจากสแดงเปนนาเงน

5. ทาแบลงคเพอเปรยบเทยบถาปรมาตรของสารละลายมาตรฐานอดทเอทใชไตเตรต ครงเกน . มลลลตร ใหทาแบลงคใหมเพอเปรยบเทยบ

คาความสามารถในการแลกเปลยนแคลเซยม = [(V2-V1) x c x 100.09 x 25] x 100

(มลลกรมแคลเซยมคารบอเนตตอกรมซโอไลต) m x (100-L)

V1 = ปรมาตรของสารละลายมาตรฐานอดทเอทใชไทเทรตกบ สารละลายตวอยางเปน มลลลตร

V2 = ปรมาตรของสารละลายมาตรฐานอดทเอทใชไทเทรตกบแบงค เปน มลลลตร

94 C = ความเขมขนของสารละลายมาตรฐานอดทเอ เปน โมลตอ ลกบาศกเซนตเมตร

100.09 = มวลโมเลกลแคลเซยมคารบอเนต

M = มวลตวอยางเปนกรม

L = นาหนกทสญเสยจากการเผาเปนรอยละ

หมายเหต ตวอยางทนามาวเคราะหตองเกบในเดซเคเตอร (ปราศจากซลกาเจล) ทมแอมโมเนยมคลอไรดอมตวเปนเวลาอยางนอย วน กอนนาไปวเคราะห

95

ภาคผนวก ข

ผลการวเคราะหพนทผวจาเพาะของซโอไลตมาตราฐานชนด 4A และซโอไลตมาตราฐานชนด 4A

ปรบปรงคณภาพดวยสารละลายเกลอคลอไรดชนดตางๆ

96

การวเคราะหพนทผวจาเพาะดวยเครอง BET

ภาพผนวก ข.1 ผลการวเคราะหพนทผวจาเพาะดวยเครอง BET surface area รน AUTOSORB

ยหอ QUANTA CHROME ของซโอไลตมาตราฐานชนด 4A แบบผง

97

ภาพผนวก ข.2 ผลการวเคราะหพนทผวจาเพาะดวยเครอง BET surface area รน AUTOSORB

ยหอ QUANTA CHROME ของซโอไลตมาตราฐานชนด 4A แบบเมด

98

ภาพผนวก ข.3 ผลการวเคราะหพนทผวจาเพาะดวยเครอง BET surface area รน AUTOSORB1 ยหอ QUANTA CHROME ของซโอไลต Li - A ความเขมขน 1 โมลตอลตร

99

ภาพผนวก ข.4 ผลการวเคราะหพนทผวจาเพาะดวยเครอง BET surface area รน AUTOSORB1 ยหอ QUANTA CHROME ของซโอไลต K - A ความเขมขน 1 โมลตอลตร

100

ภาพผนวก ข.5 ผลการวเคราะหพนทผวจาเพาะดวยเครอง BET surface area รน AUTOSORB1 ยหอ QUANTA CHROME ของซโอไลต Cs - A ความเขมขน 1 โมลตอลตร

101

ภาพผนวก ข.6 ผลการวเคราะหพนทผวจาเพาะดวยเครอง BET surface area รน AUTOSORB1

ยหอ QUANTA CHROME ของซโอไลต Mg - A ความเขมขน 1 โมลตอลตร

102

ภาพผนวก ข.7 ผลการวเคราะหพนทผวจาเพาะดวยเครอง BET surface area รน AUTOSORB1

ยหอ QUANTA CHROME ของซโอไลต Ca - A ความเขมขน 1 โมลตอลตร

103

ประวตผวจย ชอ-สกล นางสาวภาวณ ตาลเถอน ทอย 71/1 หม 3 ตาบลทาตะครอ อาเภอทามวง จงหวดกาญจนบร 71130 ททางาน ฝายเทคโนโลยและสงแวดลอม สถาบนวจยวทยาศาสตรและ เทคโนโลยแหงประเทศไทย 35 หม 3 เทคโนธาน ตาบลคลองหา อาเภอคลองหลวง จงหวดปทมธาน 12120 โทรศพท (02) 577 9490 ประวตการศกษา พ.ศ. 2548 สาเรจการศกษาปรญญาวทยาศาสตรบณฑต

โปรแกรมวชาชววทยาประยกต มหาวทยาลยราชภฏนครปฐม พ.ศ. 2552 ศกษาตอระดบปรญญามหาบณฑต สาขาวชาวทยาศาสตรสงแวดลอม บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร ประวตการทางาน พ.ศ. 2548-2550 ผชวยนกวจย ภาควชาสรระวทยา คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยมหดล พ.ศ. 2550-2551 เลขานการ บรษท อเมรกนอนเตอรแนชชนแนลแอสชวรนส จากด พ.ศ. 2551-ปจบน ผชวยนกวจย สถาบนวจยวทยาศาสตร และเทคโนโลยแหงประเทศไทย

ด้วยซีโอไลต์มาตรฐานชน ิด4a - su...บ ณฑ ตว...

Documents