คาร์บอนกัมมันต์/ถ่านกัมมันต์

คาร์บอนกัมมันต์/ถ่านกัมมันต์ หนังสือเล่มนี้ ได้รวบรวมและเรียบเรียงข้อมูลจากฐานข้อมูลวารสารการวิจัย ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับคาร์บอนกัมมันต์ ซึ่งได้มีการศึกษาวิจัยกันอย่างแพร่หลายและเพิ่มจํานวนขึ้น อย่างรวดเร็ว อีกทั้งคาร์บอนกัมมันต์เป็นสารดูดซับที่มีการใช้กันอย่างกว้างสําหรับการดูดซับ ทั้งในวัฏภาคก๊าซและของเหลว เพื่อบําบัดและทําบริสุทธิ์ก๊าซและน้ํา เช่นเดียวกับการใช้ใน อุตสาหกรรมการแยกและการทําบริสุทธิ์ทางเคมี จึงมีการผลิตเป็นปริมาณมากในทั่วโลก

ถ่านกัมมันต์_1

หนังสือเล่มนี้ได้เน้นรายละเอียดไปที่การผลิต สมบัติ และการนําไปใช้ประโยชน์ของ คาร์บอนกัมมันต์ เพื่อเป็นแนวทางสําหรับการวิจัยและนําไปใช้ในทางปฏิบัติได้

สําหรับการผลิตคาร์บอนกัมมันต์ ได้กล่าวถึงกระบวนการผลิตตั้งแต่การเตรียมวัตถุดิบ การคาร์บอไนเซชัน กระบวนการกระตุ้น การล้าง การดัดแปร และการฟื้นสภาพ โดยเฉพาะการกระตุ้น ที่เป็นปัจจัยสําคัญ ในการทําให้เกิดโครงสร้างรูพรุนในคาร์บอนกัมมันต์ ซึ่งมีทั้งวิธีทางกายภาพ วิธีทางเคมี และวิธีผสมทางกายภาพและเคมี ตั้งแต่ระดับห้องปฏิบัติการจนถึงระดับการผลิตในเชิงอุตสาหกรรม

ถ่านกัมมันต์_2
ถ่านกัมมันต์_3

บทที่ 1 บทนำ

ลักษณะทั่วไปของคาร์บอนกัมมันต์ คาร์บอนกัมมันต์ หรือถ่านกัมมันต์ (activated carbon หรือ activated charcoal) เป็นสารคาร์บอนที่มีโครงสร้างรูพรุนและพื้นที่ผิวจําเพาะภายในสูง ประกอบด้วยธาตุคาร์บอนเป็นหลัก (ร้อยละ 87 ถึง 97) และมีธาตุอื่นๆ เป็นองค์ประกอบอยู่บ้าง เช่น ออกซิเจน ไฮโดรเจน กํามะถัน และไนโตรเจน รวมทั้งสารประกอบต่างๆ ทั้งที่มีอยู่เดิมในวัตถุดิบตั้งต้นที่ใช้ในการผลิตหรือสารที่เติม เข้าไปในระหว่างกระบวนการผลิต (DIPanflo and Egiebor, 1996; Prahas, et al., 2008; Otorundare, et al., 2012) โดยคาร์บอนกัมมันต์อาจมีแร่ธาตุที่ไร้ประโยชน์เป็นองค์ประกอบใน ปริมาณร้อยละ 1 ถึง 20 ซึ่งสารเหล่านีปกติจะถูกขจัดออกไปและยังคงอยู่ในรูปของเถ้าประมาณ ร้อยละ 0.1-0.2 (Cheung, et al., 2012) ทั้งนี้คาร์บอนกัมมันต์มีความสามารถในการดูดซับสารต่าง ๆ ทําให้สามารถกักเก็บโมเลกุลต่างๆ ในพื้นผิวภายในได้ จึงทําให้คาร์บอนกัมมันต์เป็นสารดูดซับที่ใช้กัน อย่างแพร่หลาย โดยปกติปริมาตรรูพรุนรวมของคาร์บอนกัมมันต์มีมากกว่า 0.2 cm3/g และบางชนิด มีมากกว่า 1 cm3/g มีพื้นที่ผิวจําเพาะภายในมากกว่า 400 m2/g และบางชนิดอาจมีได้ถึง 1000-2500 m2/g และมีความกว้างรูพรุนอยู่ในช่วง 0.3 นาโนเมตรถึงหลายพันนาโนเมตร (Charma and Jaroniec, 2006)

ถ่านกัมมันต์_4

บทที่ 2 การผลิตคาร์บอนกัมมันต์

การผลิตคาร์บอนกัมมันต์มีได้หลากหลายวิธี โดยสามารถแบ่งได้เป็นสองวิธีหลัก คือ การกระตุ้นทางกายภาพหรือการกระตุ้นทางความร้อน (physical activation หรือ thermal activation) ซึ่งประกอบด้วย การขจัดสารระเหยง่ายด้วยความร้อน (thermal devolatilization) ตามด้วยกระบวนการแปรสภาพเป็นก๊าซของถ่าน (char gasification) ด้วยสารออกซิไดซ์(oxidizing agent) และการกระตุ้นทางเคมี(chemical activation) ซึ่งประกอบด้วยกระบวนการทําให้เกิดถ่าน ของวัตถุดิบในสภาวะเฉื่อย ตามด้วยการกระตุ้นด้วยสารเคมี (Menéndez-Díaz and Martín-Gullón, 2006) ดังแสดงในภาพ 2.1

ถ่านกัมมันต์_5

บทที่ 3 สมบัติคาร์บอนกัมมันต์

สมบัติทางกายภาพและทางเคมีของคาร์บอนกัมมันต์เป็นปัจจัยที่สําคัญมากสําหรับ การเป็นสารดูดซับ ซึ่งบ่งบอกถึงคุณภาพของคาร์บอนกัมมันต์สําหรับการนําไปใช้ในวัตถุประสงค์ต่าง ๆ โดยต้องพิจารณาลักษณะที่เหมาะสมสําหรับการนําไปใช้ที่แตกต่างกัน สมบัติที่สําคัญทางกายภาพ ได้แก่ พื้นที่ผิว ความหนาแน่น ขนาดอนุภาคและความต้านทานการสึก (Li, et al., 2012) ส่วนสมบัติ ทางการดูดซับเป็นตัวชี้วัดที่สําคัญของศักยภาพการใช้งานของคาร์บอนสําหรับการขจัดสารปนเปื้อน จากน้ํา ลักษณะที่สําคัญที่จะกําหนดความสามารถของคาร์บอนในการดูดซับอนุภาคสารถูกดูดซับ คือ การกระจายขนาดอนุภาค (pore size distribution) และความจุการดูดซับ (adsorptive capacity) ซึ่งใช้ในการเปรียบเทียบการวัดประสิทธิภาพการดูดซับด้วยสารประกอบมาตรฐานหลายชนิด โดยแสดงค่าเป็นตัวเลข เช่น เลขไอโอดีน (iodine number) เลขกากน้ําตาล (molasses number) เป็นต้น สําหรับประสิทธิผลของคาร์บอนกัมมันต์ที่เป็นสารดูดซับที่ดีจะต้องมีสมบัติ คือ พื้นที่ผิวสูง ระดับความว่องไวต่อปฏิกิริยาของพื้นผิวสูง สามารถดูดซับสารได้ทั่วไป และมีขนาดรูพรุนเหมาะสม (Menéndez-Díaz and Martín-Gullón, 2006)

ถ่านกัมมันต์_6

บทที่ 4 ประโยชน์ของคาร์บอนกัมมันต์

คาร์บอนกัมมันต์เป็นสารดูดซับที่มีประสิทธิภาพสูง เพราะว่ามีพื้นที่ผิวจําเพาะมาก รวมทั้ง มีสมบัติทางโครงสร้างรูพรุนและเคมีพื้นผิวที่เหมาะสม สามารถนํามากลับฟื้นสภาพได้ ซึ่งทําให้ ลดต้นทุนการผลิตเป็นอย่างมาก จึงมีการใช้คาร์บอนกัมมันต์อย่างหลากหลาย เช่น เป็นสารดูดซับ เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหรือเป็นพาหะตัวเร่งปฏิกิริยา (Okoniewska, et al., 2008) ใช้ในการแยกก๊าซ และทําให้ก๊าซบริสุทธิ์ เพื่อใช้สําหรับการกําจัดความชื้นจากก๊าซ ลดมลพิษและกักเก็บก๊าซธรรมชาติ (Sircar, et al., 1996) ใช้ในการดักจับ CO2 จากก๊าซเชื้อเพลิง (Ribeiro, et al., 2013) สําหรับอุตสาหกรรมจํานวนมากได้มีการใช้คาร์บอนกัมมันต์ในการทําบริสุทธิ์ ได้แก่ การบําบัดน้ําและทําน้ําให้ บริสุทธิ์เช่น ใช้ในการบําบัดน้ําจากโรงงานอุตสาหกรรม บําบัดน้ําใช้จากชุมชน บําบัดน้ําเสีย กรองน้ําในสระน้ํา ใช้ในระบบกรองในบ่อเลี้ยงสัตว์น้ําและบ้านเรือน (Chan, et al., 2012; Harrelkas, et al., 2009) ใช้ในการควบคุมมลพิษในอากาศ กําจัดกลิ่นไม่พึงประสงค์ในสภาพแวดล้อม (Sahu, et al., 2010) เช่น บ้านเรือน โรงงานอุตสาหกรรมและในห้องควบคุม ส่วนในอุตสาหกรรมอาหาร และเครื่องดื่ม (Kailappan, et al., 2000) ได้ใช้คาร์บอนกัมมันต์ในกระบวนการต่าง ๆ เช่น การฟอกขาวน้ําตาล การทําสารประกอบอินทรีย์ให้บริสุทธิ์การขจัดคลอรีน การขจัดคาเฟอีนและสารต่างๆ (Sahu, et al., 2010) รวมทั้งมีการใช้คาร์บอนกัมมันต์ในหลายอุตสาหกรรม เช่น การแยกก๊าซ (Huang and Eić, 2013) การขนส่งและการกักเก็บก๊าซ (Xiao, et al., 2012) การคืนกลับทอง (Poinern, et al., 2100) การทํายาและสารต่างๆ ให้บริสุทธิ์ (Kailappan, et al., 2000) ในทาง การแพทย์ มีการใช้คาร์บอนกัมมันต์ในโรงพยาบาล คลีนิกหรือสํานักงานทางการแพทย์ สําหรับการขจัดสารพิษ ควบคุมกลิ่น การกรอง หน้ากากหายใจและตกแต่งแผล (Wu, et al., 2013)

ถ่านกัมมันต์_7

เอกสารอ้างอิง

DiPanfilo, R. and Egiebor, N.O. (1996). Activated carbon production from synthetic
crude coke. Fuel Processing Technology, 46, 157–169.

Prahas, D., Kartika, Y., Indraswati, N. and Ismadji, S. (2008). Activated carbon from
jackfruit peel waste by H3PO4 chemical activation: Pore structure and surface
chemistry characterization. Chemical Engineering Journal, 140, 32–42.

Olorundare, O.F., Krause, R.W.M., Okonkwo, J.O. and Mamba, B.B. (2012). Potential
application of activated carbon from maize tassel for the removal of heavy
metals in water. Physics and Chemistry of the Earth, 50, 104-110.

Cheung, W.H., Lau, S.S.Y., Leung, S.Y., Ip, A.W.M., McKay, G. (2012). Characteristics of
chemical modified activated carbons from bamboo scaffolding. Chinese
Journal of Chemical Engineering, 20, 515–523.

Choma, J. and Jaroniec, M. (2006). Characterization of nanoporous carbons by using
gas adsorption isotherms. In Activated carbon surfaces in environmental
remediation (pp.107–158). Amsterdam, Netherlands: Elsevier Ltd.

Menéndez-Díaz, J.A. and Martín-Gullón, I. (2006). Types of carbon adsorbent and their
production. Interface Science and Technology, 7, 1-47.

Li, L., Sun, Z., Li, H. and Keener, T.C. (2012). Effects of activated carbon surface
properties on the adsorption of volatile organic compounds. Journal of the
Air and Waste Management Association, 62, 1196–1202.

Okoniewska, E., Lach, J., Kacprzak, M. and Neczaj, E. (2008). The trial of regeneration
of used impregnated activated carbons after manganese sorption.
Desalination, 223, 256–263.

Sircar, S., Golden, T. C. and Rao, M.B. (1996). Activated carbon for gas separation and
storage. Carbon, 34, 1–12.

Ribeiro, R.P.P.L., Grande, C.A. and Rodrigues, A.E. (2013). Activated carbon honey comb
monolith –zeolite 13X hybrid system to capture CO from flue gases
employing electric swing adsorption. Chemical Engineering Science,
104, 304–318.

Chan, O.S., Cheung, W.H. and McKay, G. (2012). Single and multicomponent acid dye
adsorption equilibrium studies on tyre demineralised activated carbon.
Chemical Engineering Journal, 191, 162–170.

Harrelkas, F., Azizi, A., Yaacoubi, A., Benhammou, A. and Pons, M.N. (2009).
Treatment of textile dye effluents using coagulation–flocculation coupled
with membrane processes or adsorption on powdered activated carbon.
Desalination, 235, 330–339.

Sahu, J.N., Acharya, J. and Meikap, B.C. (2010). Optimization of production conditions
for activated carbons from tamarind wood by zinc chloride using response
surface methodology. Bioresource Technology, 101, 1974–1982.

Kailappan, R., Gothandapani, L. and Viswanathan, R. (2000). Production of activated
carbon from prosopis (Prosopis juliflora). Bioresource Technology,
75, 241–243.

Huang, Q. and Eić, M. (2013). Commercial adsorbents as benchmark materials for
separation of carbon dioxide and nitrogen by vacuum swing adsorption
process. Separation and Purification Technology, 103, 203–215.

Xiao, J., Hu, M., Cossement, D., Bénard, P. and Chahine, R. (2012). Finite element
simulation for charge–discharge cycle of cryo-adsorptive hydrogen storage on
activated carbon. International Journal of Hydrogen Energy,
37, 12947–12959.

Poinern, G.E.J., Senanayake, G., Shah, N., Thi-Le, Z.N., Parkinson, G.M. and Fawcett, D.
(2011). Adsorption of the aurocyanide, Au(CN)2- complex on granular
activated carbons derived from macadamia nut shells – A preliminary study.
Minerals Engineering, 24, 1694–1702.

Wu, M., Guo, Q., Fu, G. (2013). Preparation and characteristics of medicinal activated
carbon powders by CO2 activation of peanut shells. Powder Technology,
247, 188–196.

Summary
คาร์บอนกัมมันต์/ถ่านกัมมันต์
Article Name
คาร์บอนกัมมันต์/ถ่านกัมมันต์
Description
คาร์บอนกัมมันต์/ถ่านกัมมันต์ ได้รวบรวมและเรียบเรียงข้อมูลจากฐานข้อมูลวารสารการวิจัย ต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับคาร์บอนกัมมันต์ ซึ่งได้มีการศึกษาวิจัยกันอย่างแพร่หลาย
Author
Publisher Name
สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยนเรศวร
Publisher Logo
Message us