characterization of sulfonated allotropes carbon …...กายภาพบางประการ...

RSU JET Vol. 17, No. 2, 2014 บทความวจย

_____________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________

- 29 -

คณสมบตของการตรงหมซลโฟเนตบนอญรปคารบอนจากปลองไผ

และการน ามาใชในรปของตวเรงปฏกรยาววธพนธชนดกรด

(Characterization of Sulfonated Allotropes Carbon from

Internode Bamboo and their Performance as Solid Acid Catalyst)

อนสรณ วรสงห1)และ วชญสทธ อนทกศล2) 1) อาจารย ภาควชาเคมคณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยนเรศวร 3) นกวจย ภาควชาเคมคณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยนเรศวร

Email:[email protected]

บทคดยอ

การศกษาตวเรงปฏกรยาววธพนธชนดกรดในกระบวนการผลตไบโอดเซลผานปฏกรยาเอสเทอรฟเคชน และปฏกรยาทรานเอสเทอรฟเคชนโดยใชน ามนทสกดจากเมลดพชน ามนจากธรรมชาต(น ามนปาลม)แลวน ามาท าปฏกรยากบแอลกอฮอลชนดเมทานอล โดยใชตวเรงปฏกรยาววธพนธชนดกรดในปฏกรยานจะใชอตราสวนโดยโมลของน ามนตอเมทลแอลกอฮอลเปน1 ตอ 30 และใชอณหภมท าปฏกรยาท 80 องศาเซลเซยส โดยตวเรงทใชเตรยมมาจากเสนใยไผทผานกระบวนการคารบอไนทเปนเวลา 15 ชวโมง ทอณหภม 300, 400, 500 และ 600องศาเซลเซยสและท าการเลอกชวงในการเผาใหมทอณหภม 300 องศาเซลเซยสทเวลา 1, 5, 9 และ 12 ชวโมง จากนนน ามาผานกระบวนการซลโฟเนชน ทอณหภ 150 องศาเซลเซยส เปนเวลา 18 ชงโมง ในสวนของหาปรมาณไบโอดเซลทผลตได จะใชวธการอนทเกรทคาทไดจากผลการวดโดยใชเครอง 1H-NMRโดยจากการทดลองพบวาตวเรงปฏกรยาววธพนธชนดกรดทผานการเผาทอณหภม 300 องศาเซลเซยสทเวลา 9 ชวโมง พบวามความเขมขนของกรดสงมากกวาตวเรงปฏกรยาชนดอน และสามารถน ามาใชซ าไดมากกวา 4 ครงโดยปรมาณของไบโอดเซลทไดจะลดลงเลกนอย ค ำส ำคญ : ทรานเอสเทอรฟเคชน, คารบอไนทเซชน, ตวเรงปฏกรยาววธพนธ


______________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________

- 30 -

ABSTRACT

The heterogeneous acid catalyst for biodiesel production from natural seed oils via esterification reaction and transesterification reaction. The process starts from extracted naturalseeds oil(Palm) reacts with methanol under acid catalyst, when the molar ratio of oil:alcohol was 1:30 and reaction temperature is 80oC. The catalyst was prepared from bamboo internodes, in 15 h carbonization at 300,400, 500 and 600oC. Another way prepared from 300oC carbonizationwith variation time at 1, 5, 9 and 12 h, and follow by sulfornation for 18 h at 150oC. The concentration of biodiesel was calculated from 1H NMR intensities integration. The carbonized catalyst at 9 h was high acid value morethan the other. The catalyst was recycled 4 times more but the methyl ester conversion value was decreased. Keywords: Transesterification,Carbonization,Heterogeneous catalyst


_____________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________

- 31 -

1. บทน า

ไบโอดเซล คอ น ามนทผลตไดจากการน าน ามนพชชนดตางๆ อาท เชน น ามนถวเหลอง น ามนปาลม น ามนมะกอก น ามนมะพราว น ามนทานตะวน น ามนขาวโพด เปนตน มาแปรสภาพโดยผานขบวนการทางเคมกบแอลกอฮอลเชน เมทานอลและเอทานอล ไดเปนน ามนชนดใหมอยในรปของสารเอสเทอร เพอลดคาความหนดและอณหภมจดแขงตวของน ามนลง ใหสามารถใชเปนเชอเพลงส าหรบเครองยนตได โดยเทคนคในขนตอนผลตขนอยกบ องคประกอบของกรดไขมน ทมขนาดเลกหรอใหญ จ านวนพนธะคในโมเลกล และปรมาณกรดไขมนอสระทเกดขน คณสมบตเฉพาะตวของน ามนแตละชนดจะขนอยกบสายพนธ สภาวะอากาศ ปรมาณน า ปรมาณแสง และลกษณะของดนทใชเพาะปลก คณลกษณะทตางกนนจะสงผลตอคณภาพของน าไบโอดเซลทผลตได โดยทวไปน ามนพชสามารถใชเปนเชอเพลงในเครองยนตดเซลไดโดยตรงเนองจากวามคาความรอนสง แตจะมขอจ ากดในดานกายภาพบางประการ เชน มความหนดสง คาการระเหยตวต า ท าใหการเผาไหมไมสมบรณ และท าใหเกดปญหาอดตนในเครองยนต ดงนนจงไดมการพฒนาคณภาพน ามนพช ใหมคณสมบตใกลเคยงกบน ามนดเซลดวยกระบวนการทางเคมกอนน ามาใช น ามนท

ผานกระบวนการทางเคมแลวสามารถน ามาใชโดยการผสมกบน ามนดเซลทไดมาจากการกลนปโตรเลยม ในอตราสวนตางๆเพอเพมศกยภาพในการใชงานใหมากกวาการใชไบโอดเซลเพยงอยางเดยว ในการเปลยนกรดไขมนจากพชไปเปนน ามนไบโอดเซลนนจะใชแอลกอฮอรเปนตวเขาท าปฏกรยา(Methylation) ซงแอลกอฮอลทใชในการท าปฏกรยาจะเปนแอลกอฮอลโมเลกลตรงทมจ านวนคารบอนอยในชวง 1 ถง 8 อะตอม ไดแกเมทานอล หรอเอทานอล โดยเฉพาะเมทลแอลกอฮอลจะนยมใชมากทสดเนองจากมราคาถก เปนแอลกอฮอลทมโมเลกลขนาดเลก )เมอน าไปผลดไบโอดเซล

ไดเรวกวาแอลกอฮอลจะท าปฏกรยา ทมโมเลกลขนาดใหญกวา ซงอธบายไดตามหลกการของจลนศาสตรเคม (ท าใหความหนดของน ามนลดลง ดงนนน ามนไบโอดเซลทมคณสมบตทางเคมและกายภาพทเหมาะสมแกการน าไปใชกบเครองยนตโดยสามารถท าไดโดยใชปฏกรยาทเรยกวาปฏกรยาทรานเอสเทอรฟเคชน (Transesterification) เปนปฏกรยาทเปลยนสารตงตนไตรกลเซอรไรดไปเปนสารเอสเทอร กลาวคอ มการเปลยนกรดไขมนอสระ (Free Fatty Acid; FFA) ทมอยในน ามน ซงเปนสารในกลมทเรยกวาคารบอกซลค(Carboxylic acid) ไปเปนสารในกลมทเรยกวาเอสเทอร (Ester) ดงแสดงวถทางของปฏกรยาในภาพท 1

H2C

HC

H2C O

O

O C

C

C

O

O

O

R1

R2

R3

Triacylglyceride

Transesterification

Catalyst3 CH3OH

Methanol

Heat

H2C

HC

H2C OH

OH

OH

Glycerol

H3CO C

O

R3

Methylester

รปท 1แสดงการเกดปฏกรยาทรานเอสเทอรฟเคชน


_____________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________

- 32 -

2. ทฤษฏในการผลตไบโอดเซล ในการผลตน ามนไบโอดเซลในอดตนนมกจะ

ใชตวเรงปฏกรยาชนดแบบเปนเนอเดยวกนหรอทเรยกวาเอกพนธ โดยจะมแบบตวเรงเอกพนธกรด และตวเรงชนดเอกพนธเบส โดยการเรมใชวธการแบบใชตวเรงปฏกรยาชนดกรด (Acid Catalyst)ซงในอตสาหรรมการผลตน ามนไบโอดเซล มกจะใชในกระบวนการบ าบดสารไขมน หรอกคอกระบวนการการเตรยมน ามนใหเหมาะสม(Pretreatment) กอนทจะน าไปเขากระบวนการผลตไบโอดเซลทมคณภาพนนเอง กลาวคอการก าจดกรดไขมนอสระโดยเปลยนน ามนน ใหอยในรปของไบโอดเซลดวยปฏกรยาเอสเทอรฟเคชน หากมกรดไขมนอสระในปฏกรยามากกวา 2.5% จะพบวาไมสามารถใชตวเรงเบสในการน ามาเรงปฏกรยาได เพราะจะเกดเปนสบขนในปฏกรยาแลว จะท าใหผลผลตไบโอดเซลทไดนนลดลงโดยตวเรงปฏกรยาชนดกรดทใชในการผลตไบโอดเซลจะมเพยงตวเดยว คอ กรดซลฟรก

(H2SO4) เนองจากมการศกษาแลวพบวากรดตวอน เชนNitric acid, Hydrochloric acid, Formic acid และAcetic acidไมสามารถเรงปฏกรยาทรานเอสเทอรฟเคชนทใชในกระบวนการของการผลตไบโอดเซลไดนอกจากนไดมการศกษาเปรยบเทยบขอดและขอเสยในการใชตวเรงปฏกรยาทงหมดจากตวเรงปฏกรยาทกลาวมาแลวขางตนไดแก ตวเรงเอกพนธชนดกรด ตวเรงเอกพนธชนดเบส การใชเทคโนโลยการผลตไบอดเซลในจดวกฤตยงยวดของเมทานอล (Supercritical AlcoholFluidCatalysis)การใชเทคโนโลยการผลตไบโอดเซลดวยเอนไซมไลเปส (Lipase Enzyme Catalysis)และเทคโนโลยลาสดคอการใชตวเรงปฏกรยาชนดไมเปนเนอเดยวกนหรอทเรยกวาตวเรงแบบววธพนธ โดยจะมตวเรงแบบววธพนธชนดกรดและววธพนธชนดเบสมาใชในการผลตไบโอดเซล ซงนบวาเปนเทคโนโลยใหมทสามารถผลตไบโอดเซลไดเปอรเซนตทสง โดยมความแตกตางทางดานเทคนคตางๆ ดงแสดงในตารางท 1

ตารางท 1ตารางเปรยบเทยบคณสมบตตวเรงปฏกรยาทใชในกระบวนการผลตไบโอดเซล

ชนด การเกดเอส

เทอร ม FFA ในปฏกรยา

มน าในปฏกรยา อณหภม (°C)

ความยาก /งาย ในการทดลอง คาใชจาย

เอกพนธเบส ปานกลาง เกดสบ เปนสงรบกวน 60-70 งาย ถก

เอกพนธกรด ปานกลาง เกดเอสเทอร เปนสงรบกวน 55-80 งาย ถก

ไลเปสเอนไซม สงมาก เกดเอสเทอร ไมรบกวน 30-40 ยาก แพงมาก

ววธพนธกรด ปานกลาง เกดเอสเทอร ไมรบกวน 40-60 ปานกลาง ปานกลาง

ววธพนธเบส ปานกลาง เกดเอสเทอร ไมรบกวน 40-60 ปานกลาง ปานกลาง

จดวกฤตยงยวดของเมทลแอลกอฮอล สง เกดเอสเทอร รบกวน 239-385 ปานกลาง ปานกลาง


______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________

- 33 -

3. วธการทดลอง ในกระบวนการเตรยมตวเรงปฏกรยาชนดววธ

พนธชนดกรดในสถานะของแขง 3.1 ศกษาผลของอณหภมในการท าปฏกรยาคาร

บอไนเซชน (Carbonization) น าไผสวนปลองมาตดออกเปนชนเลกๆ ประมาณ

10 เซนตเมตรน าสวนทเปนเปลอกและเยอไผสวนทอยดานในออกจากนนน ามาท าความสะอาดแลวอบใหแหงจากนนน าเสนใยไผทเตรยมไวมา 100 กรมท าการเผาเปนเวลา 15 ชวโมง ทอณหภม 300,400, 500, 600 องศาเซลเซยสภายใตสภาวะทปราศจากแกสออกซเจนเพอใหเสนใยเปลยนเปนถาน โดยในขนตอนนไมไผจะถกหอหมดวยอลมเนยมฟอย 5 ชน บรรจไวกลางภาชนะดนเผาทรงกลมมฝาปดเสนผานศนยกลาง 45 เซนตเมตร สง 35 เซนตเมตร ภายในภาชนะบรรจทรายละเอยด )เพอลดปรมาณอากาศในภาชนะ (ท า

การฉดแกสไนโตรเจน )เพอไลอากาศทมอยในภาชนะ (ตรงบรเวณฝาภาชนะจะถกบดวยชนของส าล เพอเปนตวสกดกนแกสออกซเจน จากนนภาชนะชนนจะถกหอหมดวยอลมเนยมฟอยขนาดใหญ 2ชน กอนน าไปเผาดวยเตาเผา (Furnace)แลวน าถานทไดมาบดดวยเครองบดแบบใชลกบอลชวยบด (Ball Mill) เปนเวลา 6 ชวโมงจากนนน าผงถานมารอนดวยเครองรอนแบบสน (Vibrato- ry Sieve Shaker) ผานตะแกรงรอนขนาด 90 ไมโครเมตร (170 mesh)จากนนจงเกบผงถานทไดไวในโถดดความชน (Desiccator)

3.2 ศกษาผลของเวลาในการท าปฏกรยาคารบอไนเซชน (Carbonization) ใหเตรยมการเผา และการจดเกบเชนเดยวกน แต

จ ากดอณหภมการเผาไวท 300 องศาเซลเซยสโดยใชเวลาใน

การเผาเปน เปน 1, 5, 9และ 12 ชวโมง 3.3 การท าปฏกรยาซลโฟเนชน (Sulfonation) น าผงถานทเตรยมไวมา 20 กรมโดยใชเครองชง

ละเอยด 3 ต าแหนงจากนนเตมกรดซลฟรก 98 เปอรเซนต (H2SO4) จ านวน 200 มลลลตรท าการตงปฏกรยาแบบชด

(Batch Reaction) โดยใหความรอนทอณหภม 150 องศาเซลเซยส เปนเวลา 1 8 ชวโมง ภายใตสภาวะกาซไนโตรเจน

(N2)รอใหสารทตงปฏกรยาเสรจแลวเยนตวลงแลวจงน าสารทไดมาเจอจางกบน ากลน จากนนกรองดวยเครองกรองแบบดดอากาศ(Suction Filter) ลางสารดวยน ากลนจนกวาสารทไดจะมสภาวะเปนกลาง แลวจงน าไปอบใหแหงและน ามาจดเกบในโถอบ

3.4 การท าปฏกรยาทรานเอสเทอรรฟเคชน การท าปฏกรยาทรานเอสเทอรรฟเคชน ท าโดย

การตงปฏกรยาแบบชด (Batch Reaction) ประกอบดวยตวใหความรอนพรอมตวกวนสารแมเหลก (Heater & Magnetic Stirrer) โดยใหความรอนผานถาดอลมเนยมทบรรจทรายชนดละเอยดและคนสารดวยแทงคนแมเหลกทหมนดวยความเรว 500 รอบตอนาท ภายในขวดกนกลมจะใสสารทตองการท าปฏกรยา และเชอมตอดวยตวคลายความรอน (Condenser) ท าหนาทระบายความรอน และควบแนนสารระเหยดวยน าหลอเยน

4. ผลการทดลอง

4.1 การสงเคราะหตวเรงปฏกรยาโดยการตรงหมกรดลงไปบนวสดรองรบจากไมไผ ผลทดสอบความสามารถในการตรงหมกรดลงบนวสดรองรบทผานการเตรยมมาดวยวธตางกนดวยวธการไตเตรทแบบยอนกลบ (Back Titration) โดยเทยบกบสารมาตรฐาน Amberlyst โดยจากการศกษาความเขมขนกรดของตวเรงปฏกรยาดวยเทคนคการไตเตรทแบบยอนกลบ ดงแสดงในตารางท2พบวาตวเรงปฏกรยาทเผาทอณหภม 300 องศาเซลเซยส เปนเวลา 9 ชวโมงเปนตวเรงปฏกรยาทมการตรงหมกรดไดมากทสดและตวเรงปฏกรยาทตรงหมกรดไดนอยทสดคอตวเรงปฏกรยาทใชความรอนสงในการเผา ซงอาจเกดโครงสรางของโชโพลไซคลกอะโรมาตกทซบซอน ไฮโดรคารบอน (Polycyclic Aromatic Hydrocarbonหรอ PAHs) ซงเปนลกษณะโดยทวไปของการเผาไหมของน ามน


______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________

- 34 -

สารอนทรยในธรรมชาต จากงานวจยทท าการสบคน ไดอธบายลกษณะดงกลาวไววาอาจเกดขนจากการเผาไหมทอณหภมสงจนสารเปลยนไปเปน PAHs จ านวนมากท าใหหมกรดไมสามารถเขาไปตดไดเนองจากหมกรดตองการบรเวณทจะใชสรางพนธะยดเกาะ เนองจากลกษณะของ

PAHs มลกษณะเปนแผนระนาบ แตกรดทจะเขาไปยดเกาะสามารถสรางพนธะไดเพยงบรเวณขอบของ PAHs เทานน ดงนนถาใหอณหภมสงมากหรอนานพอจะท าใหได PAHs ทมลกษณะทเปนแผนใหญ ท าใหสารทเขาไปยดเกาะยดเกาะไดนอย

ตารางท2แสดงผลการวเคราะหคาความเปนกรดดวยการไตเตรทแบบยอนกลบ (Back Titration) ล าดบ ตวอยาง

อณหภมทใชเผา (oC)

เวลาในการเผา (Hour)

การตรงหมกรด (mmol/g)

1 300 1 7.08 2 300 5 7.37 3 300 9 7.67 4 300 12 6.90 5 300 15 6.24 6 400 15 5.80 7 500 15 3.02 8 600 15 2.55

AMB-15 - - 4.70

4.2 ผลของวสดรองรบเผา (Carbonization)และการท าปฏกรยาซลโฟเนชน (Sulfonation)เพอตดหมกรดดวยเทคนค FTIR

จากผลการตดตามผลการเป ล ยนแปลงทางโครงสรางในการตดหมกรดดวยเทคนค FTIR ในการศกษาสงทเกดขนในกระบวนการสงเคราะหตวเรงปฏกรยา และเปรยยเทยบ เพออธบายสงทเกดขนในการผลตไบโอดเซล

และจากการเปรยบเทยบลกษณะของผล FTIR ในภาพท1พบวาลกษณะของเสนใยไผทย งไมผานปฏก รยาใดๆ (Rawbamboo; เสนสเขยว) เปนเสนใยธรรมชาตทแสดงความเปนเสนใย (Cellulose) คอแสดงหมของ –O- str. ของพนธะไกโคซดก (Glycosidic bond) ของน าตาลทตอกนเปนเสนใยท 1250, 1040cm-1ชดเจน ประกอบกบ C-H str., –OH str. แ ล ะ -OH bend. ข น ท 1450, 3400 แ ล ะ 1606 cm-1

ตามล าดบ


______________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________

- 35 -

ภาพท1แสดงการเปรยบเทยบลกษณะของเสนใยไผจากธรรมชาต )Rawbamboo; เสนสเขยว ( , เสนใยไผทผานการเผาทอณหภม 400 องศาเซลเซยส 15 ชวโมง (เสนสน าเงน) และตวอยางการเผาทน ามาท าปฏกรยาซลโฟเนชนเพอตดหมกรด

(เสนสแดงเขม) จากการวเคราะหดวยเทคนค FTIR

ภาพท2แสดงการเปรยบเทยบการตดหมกรดบนตวเรงวสดรองรบทตางชนดกน จากการวเคราะหดวยเทคนค FTIR

100015002000250030003500

WavenumbersRAWBAMBOO

100015002000250030003500

Wavenumbers

40

50

60

70

Tran

smitta

nce

Carbonization 400 15h

100015002000250030003500Wavenumbers

68.0

69.0

70.0

71.0

72.0

73.0

74.0

75.0

76.0

77.0

78.0

79.0

Sulfonation 400 15h

40

50

60

12001700

100015002000250030003500Wavenumbers

20

30

40

50

60

70

Tran

smitta

nce

Sulfonation300 1h 300 5h 300 9h 300 12h300 15h 400 15h 500 15h 600 15h

12001700


______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

- 36 -

ภาพท3แสดงการเปรยบเทยบผลการท าปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนบนตวเรงปฏกรยาทเตรยมจากเสนใยไผ หลงจากท าการเผาท 400 องศาเซลเซยส 15 ชวโมงเสนใยไผจะสญเสยน าออกไปและท าใหเกดโครงสรางของโพลไซคลกอะโรมาตกไฮโดรคารบอน (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon; PAHs) ซงเปนลกษณะโดยทวไปของการเผาไหมสารอนทรยในธรรมชาต ซงสามารถพบไดทวไปในการประกอบอาหารทใชความรอนสงอาทเชน สเตก บารบคว เปนตน จากตวอยาง (เสนสน าเงน) พบวาสารเกดการสญเสยน าออกไปจรง สารมความเปนอะโรมาตกมากขนสงเกตไดจาก C=C str. ขน ท 1600 และ1475 cm-1และมลกษณะ C=O str. ของหมอลดไฮดและคโตนซงเกดจากการเผาไหมขนท 1715, 1725cm-1ตามล าดบ โดยเมอน าสารตวอยางไปท าปฏกรยาซลโฟเนชนเพอตดหมกรดซลโฟนล (-SO3H) จะพบวาเกดสญญาณขนอยางชดเจนทต าแหนงประมาณ 1700cm-1 และ 1200 cm-1ซงอาจกลาวไดวามหมคารบอกซลกหรอหมทสนใกลเคยงกบหมคารบอกซลกท C=O str. 1730 และ C-O str. 1210 cm-1 และเกดสญญาณแบบOvertone (การสนพองรปแบบหนงหรอเรยกอกชอหนงคอการเกด Fermi resonance) ระหวางการ

blending ของ –OH กบ O= โดยสงทท าใหเกดคอ พนธะไฮโดรเจน ทมนกระท าตอกนท าให เกดแถบความ ถ (Broadband) ขนท 2300-2700 cm-1เปนแถบยาวตดตอกนไปสญญานการสนของ O=S=O str. จะขนท 1377 cm-1 และ S=O str. (asymmetric) จะขนทประมาณ 1200 cm-1 และจากการศกษาลกษณะการตดหมกรด ดวยเทคนค FTIR ในภาพท2 จะพบวาลกษณะโดยทวไปของสญญาณจากผลการทดลองบอกลกษณะของวสดรองรบ ทสามารถตดหมกรด (-SO3H) ไดเปนไปอยางสอดคลองกนยกเวนเสนใยไผทเผาทอณหภม 600 องศาเซลเซยส จะพบวามการสญเสยสวนทเปน –OH ไปเกดเปนโครงสรางของโพลไซคลกอะโรมาตกไฮโดรคารบอน (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon; PAHs) มากกวาวสดรองรบชนดอนทเผาในอณหภมทนอยกวา

26.32

34.78

46.78

59.59

19.67

23.31

66.67

75.76

25.89

35.33

51.98

66.10

22.22 28.49

45.58

59.77

26.67

61.84

63.90

82.65

40.23

59.65

63.13

81.28

20.56

38.98

55.93

74.78

11.11

31.91

47.38

64.46

21.24

39.08

55.84

69.44

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1 h 3 h 6h 12 h

300 1h

300 5h

300 9h

300 12h

300 15h

400

500

600

AMB


______________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________

- 37 -

4.3 ผลการทดสอบคณสมบตในการเรงปฏกรยาของตวเรงปฏกรยาทสงเคราะหไดเทยบกบตวเรงปฏกรยามาตรฐาน Amberlyst 15

เนองจากน ามนในการตงปฏกรยาจะใชน ามนทเปนน ามนมาตราฐานของกรดไขมนโอเลอก (Oleic acid) ดงนนในการทดลองขนนจะปฏกรยาทเกดขนในกระบวนการผลตไบโอดเซลจะเปนปฏกรยาเอสเทอรฟเคชน ศกษาโดยใชตวเรงปฏกรยา 9 ชนด จากทเตรยมได 8 ชนด เตรยมจากวสดรองรบจากไมไผทผานการเผาทอณหภม 300 องศาเซลเซยส (ทเวลา 1, 5, 9, 12, 15 ชวโมง)400, 500, 600 องศาเซลเซยสทเวลา 15 ชวโมงและใชตวเรงปฏกรยาสงเคราะหมาตรฐานแอมเบอรลสต 15(Amberlyst-15; AMB) โดยใชตวเรงปฏกรยา 3%wt (โดยน าหนกของน ามน) และใชแอลกอฮอลในอตราสวน 1:30 )อตราสวนโดยโมลท าปฏกรยากบกรดโอเลอกทอณหภม 80 องศาเซลเซยสเปนเวลา 1, 3, 6 และ 12 ชวโมง

จากผลการทดลองพบวาใน 1 ชวโมงแรกดงแสดงในภาพท3โดยตวเรงปฏกรยาทเตรยมโดยการเผาเสนใยไผทอณหภม 400 องศาเซลเซยสเปนเวลา 15 ชวโมงสามารถเรงปฏกรยาไดไวทสด คอ 40.23 เปอรเซนต ในเวลาตอมาท 3 ชวโมง พบวาตวเรงปฏกรยาทสงเคราะหทอณหภม 300 และ 400 องศาเซลเซยส 15 ชวโมง สามารถเรงปฏกรยาไดดทสด ซงในขนตอนสดทายตวเรงปฏกรยาทสงเคราะหทอณหภม 300 องศาเซลเซยส 15 ชวโมง สามารถเรงปฏกรยาไดดทสด ซงในขนตอนตอไปจะศกษาการทนทานตอการท าซ าเพอวเคราะหคณภาพของตวเรงปฏกรยา

4.5 ผลการทดสอบการท าปฏกรยาซ าของตวเรงปฏกรยาทสงเคราะหไดเทยบกบสารมาตรฐาน Amberlyst 15

ทดสอบความสามารถในการเรงปฏ ก รยาซ าของต วเรงปฏ กรยา เพอน าไปปรบใชในกระบวนการผลตไบโอดเซลในขนอตสาหกรรมเพอสะดวกในขนตอน

การแยกสารเรงปฏกรยาออกจากสารตงตน โดยทดลองท าการทดลองซ า 5 ครง เพอทดสอบคณภาพ เหตผลการต งปฏกรยาซ าเพยง 5 เนองจากสารเรงปฏกรยาจะสญเสยน าหนกไปในขนตอนการลางสารเพอน ากลบมาใหใหม เชน ตดอยในกระดาษทใชกรอง ดงน นจงตองใชกระดาษกรองแผนเดมในการกรองตลอด 4 ครงเพอลดการสญเสยไปของตวเรงปฏกรยา ตวเรงปฏกรยาทสญเสยไปจะถกค านวณใหมทกครงเพอใหผลการทดลองไมคลาดเคลอน แตผลการทดลองสามารถคลาดเคลอนไดอยหากสญ เสยน าหนกของตวเรงปฏกรยาไปในปรมาณทมากเนองจากความสมพนธในอตราสวนตอการเกดปฏกรยาเคมโดยใชตว เรงปฏ ก รยา 3%wt โดยน าหนกของน ามนและใชแอลกอฮอลในอตราสวน 1 : 30ท าปฏกรยากบกรดโอเลอกทอณหภม 80 องศาเซลเซยสเปนเวลา 12 ชวโมง และท าซ าได4 ครง หลงจากทดลองใชตวเรงปฏกรยาทสงเคราะหไดชวยเรงปฏกรยาการผลตไบโอดเซลซ า 5 ครงดงแสดงในภาพท4จะพบวา ความสามารถในการเรงปฏกรยาของตวเรง ปฏกรยาจะลดลง และในการทดลองเรงปฏกรยาการผลตไบโอดเซลซ าครงท2ตวเรงปฏกรยาทกชนดจะสญเสย ความสามารถในการเรงปฏกรยามากทสด โดยเฉพาะตวเรงปฏกรยาทเตรยมดวยอณหภมทสง เชน 300, 400, 500 และ 600 องศาเซลเซยส พบวาความเขมขนกรดลดลง 85.39, 58.17, 47.35และ 41.46 เปอรเซนต ตามล าดบสวน AMB เรงปฏกรยาไดลงลงจากครงแรก 31.17 เปอรเซนตแตหลงจากการทดลองซ าครงท 2 ผานไป พบวาความสามารถในการเรงปฏกรยาของตวเรงปฏกรยาหลายชนดเรงปฏกรยาไดลดลงเลกนอยเทานน จงมแนวโนมทจะสรปไดวามหมฟงกชนหรอโครงสรางทชวยเรงปฏกรยาในตอนแรก จะหลดออกไป (Decomposition) ท าใหความสามารถในการเรงปฏกรยาลดลง


______________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________

- 38 -

ภาพท4แสดงการเปรยบเทยบผลของการท าปฏกรยาเอสเทอรฟเคชนซ าบนตวเรงปฏกรยาทเตรยมจากเสนใยไผและ Amberlyst-15 ( AMB) โดยใชตวเรงปฏกรยา

5. สรปและวจารณผลการทดลอง

จากผลการทดลองจะพบวา ปฏกรยาทรานเอสเทอรฟเคชนระหวางน ามนตอเมทานอล พบวาเมออตราสวนโดยโมลของน ามนตอเมทานอลเพมมากขนโดยมการเปลยนแปลงเปอรเซนตเปนเมทลเอสเทอร ทเ พมมากขนและในการศกษาอตราสวนของเมทานอลนพบวา อตราสวนของน ามนตอเมทานอลทเหมาะสมกบใชในการท าปฏกรยาดวยตวเรงปฏกรยาทสงเคราะหได คอ อตราสวนน ามน 1 สวนตอเมทานอล 30 สวน 1:30เมอเทยบอตราสวนโดยโมล โดยใชอณหภม 80 องศาเซลเซยสปรมาณของตวเรงปฏกรยา 3%wt ซงจะใหการเปลยนแปลงเปอรเซนตของเมทลเอสเทอรเทากบ 95.24 เปอรเซนต ทเวลา 24 ชวโมง เมอน าสภาวะนมาใชการการท าปฏกรยากบน ามนปาลม พบวาตวเรงปฏกรยาทเตรยมไดจากเสนใยปลองไผสามารถน ามาเรงปฏกรยาทรานสเอสเทอรฟเคชนได โดยใชเวลาในการท าปฏกรยา48 ชวโมงสามารถเกดเมทลเอสเทอร

24.69, 17.95 และ12.78 เปอรเซนต ตามล าดบ เปอรเซนตการเปลยนแปลงของเมทลเอสเทอร ขนอยกบอตราสวนระหวางน ามนกบเมทานอล ปรมาณของตวเรงปฏกรยา และอณหภมทใชในการท าปฏกรยา โดยสภาวะทเหมาะสมทใชในส าหรบการศกษาครงนคอ โดยศกษาการและสามารถใชของตวเรงปฏกรยาซ าไดมากกวา4ครงพบวาการเปลยนแปลงเปอรเซนตเปนเมทลเอสเทอรจะลดลง โดยการศกษาความเขมขนของหมกรดซลโฟนก ทตรงอยบนตวเรงปฏกรยาแบบววธพนธทสงเคราะหไดทอณหภม 300 องศาเซลเซยส ในเวลา1, 5, 9, 12 ชวโมง และ อณหภม300, 400, 500, 600 องศาเซลเซยส ท 15 ชวโมง และสารมาตรฐาน Amberlyst 15 พบวามความเขมขนเทากบ 7.08, 7.37, 7.57, 6.90, 6.24, 5.80, 3.02, 2.55 และ 4.70mmol/g ตามล าดบและจากการวเคราะหดวยเทคนค FT-IR บนตวเรงปฏกรยาแบบไมเปนเนอเดยวกนยนยนการสนของ O=S=O str. จะปรากฎขนท 1377 cm-1 และ S=O str. (asymmetric) จะปรากฎขนท1200

57.14

37.29

33.62

30.68

24.14

69.54

54.70

51.24

41.87

44.63

64.98

45.42

39.18

38.98

33.64

62.71

50.00

51.98

47.22

46.61

78.43

41.29

40.22

38.56

36.72

83.33

48.78

46.61

45.76

40.81

71.83

30.05

22.41

19.13

16.39

64.12

9.37

7.09

5.17

4.61

69.77

48.02

50.00

49.59

48.85

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Re1 Re2 Re3 Re4 Re5

300 1h

300 5h

300 9h

300 12h

300 15h

400

500

600

AMB


______________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________

- 39 -

cm-1และ หมคารบอกซลกหรอหมทสนทใกลเคยงกบหมคารบอกซลกซงจะ ปรากฎขนท C=O str. 1730 และ C-O str. 1210 cm-1 ซงจะเหนการเปลยนแปลงไดอยางชดเจนเมอน าขอมลทวเคราะหไดมาเปรยบเทยบกน

56. กตตกรรมประกาศ งานวจยในครงนไดรบการสนบสนนจากมหาวทยาลยนเรศวร ทนวจยงบประมาณแผนดน ป 2556 คณะผวจยจงขอขอบคณมา ณ ทนดวย

7. เอกสารอางอง

[1] คณะท างานจดท าประจ าปส านกงานนโยบายและแผนพลงงาน. รายงานประจ าป 2553,กระทรวงพลงงาน,1, 1-140.

[2] น าจนทร มณรตน น.2554, “ตวเรงปฏกรยาแบบไมเปนเดยวกนส าหรบการผลตไบโอดเซล” ,มหาวทยาลยนเรศวร, 1-90.

[3] Leung, D. Y. C., Wu, X. and Leung, M. K. H. (2010). A review on biodiesel production using catalyzed transesterification, Applied Energy, 87, 1083–1095.

[4] Lotero, E., Liu, Y., Lopez, D. E., Suwannakarn, K., Bruce. D. A., and Goodwin, J. G.(2005). Synthesis of Biodiesel via Acid Catalysis. Ind. Eng. Chem. Res, 44, 5353-5363.

[5] Goff, M. J., Bauer, N. S., Lopes, S. and Sutterlin, W. R. (2004). Acid-Catalyzed Alcoholysis of Soybean Oil. Journal of the American Oil Chemists Society, 81, 415-420.

[6] Marchetti, J. M., Miguel, V. U. and Errazu, A. F.

(2007). Possible Methods for Biodiesel Production. Renewable and Sustainable Energy Reviews,11, 1300–1311.

[7] Serio, M. D., Tesser, R., Pengmei, L. and Santacesaria, E. (2008). Heterogeneous Catalysts for Biodiesel Production. Energy & Fuels,22, 207-217.

[8] Mo, X., Lotero, E., Lu, C., Liu, Y. and Goodwin Jr, J. G., (2008). A Novel Sulfonated Carbon Composite Solid Acid Catalyst for Biodiesel Synthesis. Catalysis Letters, 123, 1-6.

[9] Ni, J., Meunier, F. C. (2007). Esterification of free fatty acids in sunflower oil over solid acid catalysts. Applied Catalysis A: General,333, 122–130.

[10] Shu, Q., Zhang, Q., Xu, G., Nawaz, Z., Wang, D., and Wang, J. (2009). Synthesis of biodiesel from cottonseed oil and methanol using a carbon-based solid acid catalyst. Fuel Processing Technology, 90, 1002–1008.

[11] Toda, M., Takagaki, A., Okamura, M., Kondo, J. N., Hayashi, S., Domen, K. and Hara, M. (2005). Biodiesel made with sugar catalyst. Nature., 438, 178.

[12]Tiwari, A. K., Kumar, A., Raheman, H. (2007). Biodiesel production from jatropha oil (Jatropha curcas) with high free fatty acids: An optimized process. Biomass Bioenergy, 31, 569-575. [13] Marchetti, J. M., Errazu, A. F. (2008). Esterification

of free fatty acids using sulfuric acid as catalyst in the presence of triglycerides. BIOMASS AND BIOENERGY, 32, 892 – 895.


______________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________

- 40 -

[14] Amaro, H. M., Guedes, A. C. and Malcata, F. X. (2011). Advances and perspectives in using microalgae to produce biodiesel. Applied Energy, 88, 3402–3410..

characterization of sulfonated allotropes carbon …...กายภาพบางประการ...

Documents