PMP14-1

การประยกตใชของเสยอตสาหกรรม เพอเปนตวเรงปฏกรยาในการผลตไบโอดเซล จากน ามนปาลมโอเลอน

Application of Industrial Waste as a Catalyst for Biodiesel Production of Palm Olein

ปรารถนา โสสหา (Pratana Soseeha)* ดร.เฉลม เรองวรยะชย (Dr.Chalerm Ruangviriyachai)**

บทคดยอ ปนขาวเหลอทงจากกระบวนการตมเยอของโรงงานอตสาหกรรมผลตเยอกระดาษ สามารถน ามาประยกตใชเปนตวเรงปฏกรยาส าหรบการผลตไบโอดเซลจากน ามนปาลมโอเลอนกบเมทานอลได โดยการน าไปปรบสภาพดวยกรดและเผาทอณหภมสงเพอก าจดสงเจอปน ซงผลการทดลองทไดพบวาสภาวะทเหมาะสมในการปรบสภาพ คอ การใชกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 4 โมลตอลตร อณหภม 90 องศาเซลเซยส และใชเวลา 2 ชวโมง ปนขาวทปรบสภาพแลวจะมคาความแรงของเบสระหวาง 9.8-15.0 และมองคประกอบหลกไดแก แคลเซยมออกไซด (75.17%) แมกนเซยมออกไซด (7.70%) และซลคอนไดออกไซด (4.90%) ส าหรบสภาวะทเหมาะสมในการเกดปฏกรยาทรานสเอสเทอรฟ เคชนเมอใชปนขาวทปรบสภาพแลวเปนตวเรงปฏกรยา คอ ใชตวเรงปฏกรยารอยละ 6 อตราสวนโมลของเมทานอลตอน ามนปาลมโอเลอนเปน 12:1 อณหภมในการเกดปฏกรยาท 65 องศาเซลเซยส และใชเวลาในการเกดปฏกรยา 2 ชวโมง พรอมกวนดวยอตราเรว 300 รอบตอนาท เมอท าปฏกรยาดวยสภาวะนจะไดไบโอดเซลทมรอยละการเปลยนและรอยละความบรสทธเทากบ 81.11 และ 99.08 ตามล าดบ ดงนนปนขาวเหลอทงจากโรงงานอตสาหกรรมผลตเยอกระดาษสามารถน ามาเพมมลคาโดยการใชเปนตวเรงปฏกรยาววธพนธในการผลตไบโอดเซลได

ABSTRACT The waste lime from pulping process of pulp and paper industry is inorganic materials. It was investigated as

a catalyst for biodiesel production of palm olein with methanol. The material was prepared by acid-treated and thermal treatment for impurity removal. The result showed that the optimum conditions were treated by using 4 M HCl at 90 °C for 2 h as catalyst. The basic strengths of catalyst were between 9.8-15.0 and main compositions were CaO (75.17%), MgO (7.70%) and SiO2 (4.90%). The optimized conditions of transesterification reaction were 6% of catalyst, 12:1 methanol to palm olein molar ratio, 65 °C and 2 h reaction time with 300 rpm stirring speed. The results showed that the conversion and purity of biodiesel were 81.11% and 99.08%, respectively. Therefore, waste lime from pulp and paper industry can added value by using a heterogeneous catalyst for biodiesel production. ค าส าคญ: ไบโอดเซล ของเสยอตสาหกรรม ตวเรงปฏกรยาววธพนธ Keywords: Biodiesel, Industrial waste, Heterogeneous catalyst * นกศกษา หลกสตรวทยาศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาเคมส าหรบคร คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน ** รองศาสตราจารย ภาควชาเคม คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน

- 283 -

PMP14-2

บทน า ใ น ป จ จ บ น ป ร ะ เ ท ศ ไ ท ย ม โ ร ง ง า น

อตสาหกรรมท งขนาดเลกและขนาดใหญเกดขนเปนจ านวนมาก เนองจากประเทศไทยเปนประเทศก าลงพฒนา ซงภาคอตสาหกรรมกเปนสวนทมบทบาทส าคญตอการพฒนาเศรษฐกจและสงคมของประเทศ แตเมอมโรงงานอตสาหกรรมเพมมากขน ปญหาทเพมตามมา คอ ของเสยทเกดจากกระบวนการผลต ปญหานจงเปนสงทโรงงานอตสาหกรรมและหนวยงานภาครฐจะตองด าเนนการหาวธในการแกไข (กาญจนา และคณะ, 2547)

โรงงานผลต เย อกระดาษ เ ปนโรงงานอตสาหกรรมประเภทหนงทมการปลอยของเสยหรอ ของเหลอทงจากกระบวนการผลตเปนจ านวนมาก โดยเฉพาะกากปนขาว (lime residue) หรอแคลเซยมคารบอเนต (CaCO3) โดยโรงงานอตสาหกรรมจะน ามาผานกระบวนการเผาเพอใหไดแคลเซยมออกไซด (CaO) แลวถงน าไปใชในขนตอนของการน าโซเดยม ไฮดรอกไซดกลบไปใชใหมในกระบวนการตมเยอกระดาษ (พฤกษ, 2546) ซงกากปนขาวทผานกระบวน การนสามารถน ากลบไปใชใหมไดเพยงแคบางสวนเทานน

เพอเปนการตอบสนองตอนโยบายของภาครฐทตองการพฒนาอตสาหกรรมเชงนเวศ (กรมโรงงานอตสาหกรรม, 2555) และเพอเปนการลดตนทนของโรงงานในการก าจดของเสยทเกดขน จงมนกวจยบางทานไดน าปนขาวทเหลอทงจากโรงงานผลตเยอกระดาษไปใชประโยชนในหลายๆ ดาน เชน ใชเปนตวตกตะกอนโลหะหนกในน าเสย (พฤกษ, 2546) หรอน ามาใชแทนทรายในงานปนกอและปนฉาบ (ดสพล, 2547) และเนองจากปนขาวสามารถน าไปเผาเพอเปลยนเปนแคลเซยมออกไซดได ปนขาวจงอาจจะน ามาใชเปนตวเรงปฏกรยาแบบ ววธพนธ (heterogeneous catalyst) ในการผลตไบโอดเซล (biodiesel) ไดดวย

ส าหรบประเทศไทย ไบโอดเซลนบวาเปนพลงงานทดแทนทไดรบการกลาวถงเปนอยางมาก เนองจากสภาวะปจจบนทแหลงพลงงานจากปโตรเลยม

ใกลจะหมด ภาครฐจงมนโยบายสนบสนนการหาพลงงานอนๆ มาทดแทนการใชน ามนจากปโตรเลยม ซงไบโอดเซลนนอกจากจะชวยลดการน าเขาน ามนเชอเพลงจากตางประเทศ ยงสามารถเพมรายไดใหกบภาคการเกษตรอกดวย (กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน , 2554) ส าหรบไบโอดเซลจะเปนพลงงานทดแทนประเภทน ามนดเซลจากธรรมชาต โดยการน าเอาน ามนจากพชหรอสตวมาผานกระบวนการท า ง เ ค ม ท เ ร ย ก ว า ทร าน ส เ อส เ ท อ ร ฟ เ ค ช น (transesterifcation) มาท าปฏกรยากบแอลกอฮอล (เอทานอลหรอเมทานอล) และมตวเรงปฏกรยามาเปนตวช ว ย (Fukuda et al., 2001; Ma, Hanna, 1999) จะไดผลตภณฑเปนเอสเทอร (ester) และผลตภณฑผลพลอยได คอ กลเซอรอล (glycerol)

กระบวนการผลตไบโอดเซลนยมใชตวเรงปฏกรยาชนดเบส เชน โซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) เนองจากมราคาถกและใหผลผลตสง แตเนองจากตวเรงปฏกรยาชนดนละลายเปนเนอเดยวกบสารต งตน จงประสบปญหาในการแยกตวเรงปฏกรยาออกจากผลตภณฑ เพอแกไขปญหาดงกลาวงานวจยสวนมากจงพยายามหาตวเรงปฏกรยาแบบววธพนธ เขามาใชในกระบวนการผลต เพอใหงายตอการแยกเอาผลตภณฑออกจากตวเรงปฏกรยา (Cho et al., 2009) ซงแคลเซยมออก ไซดกเปนสารเคมอกชนดหนงทสามารถน ามาใชเปนตวเรงปฏกรยาแบบววธพนธได (Lui et al., 2008; Viriya-empikul et al., 2009)

ดงน น ในงานวจยนจงไดท าการศกษาการผลตไบโอดเซลจากน ามนปาลมโอเลอน โดยใชปนขาวเหลอทงจากโรงงานอตสาหกรรมผลตเยอกระดาษมาเปนตวเรงปฏกรยา โดยการน าปนขาวทเหลอทงไปผานกระบวนการปรบสภาพดวยกรดทสภาวะเหมาะสม เพอก าจดของเสยทอยในโครงสรางของสาร แลวน าไปเผาทอณหภม สงเพ อเปลยนแคลเซยมคารบอเนตเปนแคลเซยมออกไซด และศกษาหาสภาวะทเหมาะสมในการเกดปฏกรยาทรานสเอสเทอรฟเคชนโดยใชปนขาวเหลอทงจากโรงงานอตสาหกรรมผลตเยอกระดาษเปน

- 284 -

PMP14-3

ตวเรงปฏกรยา เพอใชเปนทางเลอกในการเพมมลคาของเหลอทงจากโรงงานอตสาหกรรม ลดคาใชจายของวตถดบ เพมประสทธภาพของตวเรงปฏกรยา และใชเปนแหลงผลตตวเรงปฏกรยาได

วตถประสงคการวจย เพอศกษาหาสภาวะทเหมาะสมในการน า

ปนขาวเหลอทงจากโรงงานอตสาหกรรมผลตเยอกระดาษมาใชเปนตวเรงปฏกรยาแบบววธพนธในการผลตไบโอดเซลจากน ามนปาลมโอเลอน

วธการวจย การเตรยมปนขาว น าปนขาวเหลอทงจากโรงงานอตสาหกรรมมาบดใหละเอยด และน าไปรอนคดขนาดดวยตะแกรงรอนใหไดขนาด 100 เมช (mesh) แลวเกบผงปนขาวทไดในภาชนะทปองกนความชนเพอน าไปปรบสภาพตอไป และส าหรบปนขาวบางสวนจะน าไปศกษาลกษณะพนผวของปนขาวดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (Scanning Electron Microscope, SEM) รวมถงวเคราะหหาองคประกอบทมอยในปนขาวโดยใชเครอง X-Ray fluorescence (XRF) spectrometer การเตรยมน ามนปาลมโอเลอน น ามนปาลมโอเลอนทใชในการวจยน กอนการทดลองทกครงจะตองน ามาใหความรอนทอณหภม 100 องศาเซลเซยส เปนเวลา 1 ชวโมง เพอก าจดความชน การปรบสภาพปนขาว การปรบสภาพปนขาวเหลอทงจากโรงงานอตสาหกรรมผลตเยอกระดาษ ในงานวจยนไดศกษาโดยการใชกรดไฮโดรคลอรกและการเผา (Jiang et al., 2014) กลาวคอ น าปนขาว 20 กรม ใสในขวดรปชมพขนาด 2 ลตร เตมกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 1, 2, 3, 4 , 5 โมลตอลตร ปรมาตร 100 ลกบาศกเซนตเมตร แลวน าไปใหความรอนพรอมกวนดวยอตราเรว 300 รอบตอนาท โดยใชอณหภมท 60, 70, 80, 90, 100 องศา

เซลเซยส และเวลานาน 1, 2, 3, 4, 5 ชวโมง จากนนน า ม า ล า ง ด ว ยน า ก ลน โ ด ย ใ ช เ ท ค น ค ก า ร ร น (decantation) จนน าทไดจากการลางมสมบตเปนกลาง กรองแยกเฉพาะสวนของแขงโดยใชเครองกรองบชเนอร อบใหแหงทอณหภม 105 องศาเซลเซยส เปนเวลา 3 ชวโมง จะไดสารทมสขาวขน น าสารทไดไปเผาทอณหภม 900 องศาเซลเซยส เปนเวลา 1.5 ชวโมง (Hsieh et al., 2010) แลวน าไปบดและรอนคดกรองขนาดดวยตะแกรงรอนใหไดขนาด 100 เมช เกบสารทไดในภาชนะปองกนความชนเพอใชเปนตวเรงในการผลตไบโอดเซล และส าหรบปนขาวทปรบสภาพดวยสภาวะทเหมาะสมแลวบางสวนจะน าไปศกษาลกษณะพนผวของปนขาวดวยเทคนค SEM รวมถงวเคราะหหาองคประกอบทมอยในปนขาวโดยใชเทคนค XRF ปฏกรยาทรานสเอสเทอรฟเคชน ผสมปนขาวทปรบสภาพดวยกรดไฮโดรคลอรกดวยสภาวะตางๆ ปรมาณ 4 กรม กบเมทานอล ปรมาตร 29 มลลลตร ในขวดกนกลม ปรมาตร 500 มลลลตร ท ตดต งกบชดอปกรณรฟลกซ โดยใชเครองใหความรอนและภาชนะส าหรบใสน าทควบคมอณหภม 65 องศาเซลเซยส กวนผสมดวยอตราเรว 300 รอบตอนาท เปนเวลา 30 นาท จากนนเตมน ามนปาลมโอเลอนทเตรยมไวปรมาณ 50 กรม (ค านวณจากอตราสวนโมลน ามนปาลมโอเลอน : เมทานอล เทากบ 1:12) กวนผสมดวยอตราเ รว 300 รอบตอนาท ทอณหภม 65 องศาเซลเซยส เปนเวลา 3 ชวโมง (Lui et al., 2008) เมอสนสดปฏกรยา น าสารท งหมดไปปนเหวยงดวยอตราเรว 5000 รอบตอนาท เปนเวลา 5 นาท เพอแยกตวเรงปฏกรยาออกจากน ามน จากนนเทใสกรวยใหเกดการแยกชนระหวางกลเซอรอลกบเมทลเอสเทอร (ไบโอดเซล) การลางไบโอดเซล แยกเอาชนไบโอดเซล (ชนบน) มาใหความรอนดวยเครองใหความรอนทอณหภม 70 องศาเซลเซยส เปนเวลา 30 นาท เพอก าจดเมทานอลออก จากนนน าไปใสกรวยแยกแลวลางดวยน าอน อณหภม

- 285 -

PMP14-4

ประมาณ 50-60 องศาเซลเซยส จนไดน าจากการลางทใสไมมส จงแยกเอาเฉพาะสวนของไบโอดเซลไปใหความรอนบนเครองใหความรอนทอณหภม 100 องศาเซลเซยส เ ปนเวลา 1 ชวโมง เ พอก าจดความชน ผลตภณฑทไดน าไปชงน าหนกเพอหารอยละผลผลต (% Yield) และหารอยละความบรสทธ (% Purity) โดยการใชเค รอง Gas Chromatograph-Flame Ionization Detector (GC-FID) การวเคราะหไบโอดเซลโดยเทคนค GC-FID ป เปตตวอยางไบโอด เซล ปรมาตร 0.2 มลลลตร ลงในขวดวดปรมาตร ขนาด 20 มลลลตร แลวปรบปรมาตรดวยเฮกเซน จากนนกรองสารละลายผานแผนเยอกรอง ขนาด 0.45 ไมโครเมตร น าสาร ละลายไปตรวจว เคราะหดวยเทคนค GC-FID ดงสภาวะทแสดงในตารางท 1

ตารางท 1 สภาวะทใชในการวเคราะหไบโอดเซล ดวยเทคนค GC-FID ตวแปร สภาวะ

คอลมน (ขนาดคอลมน) Capillary column, DB-5 (30 m x 0.25 mm)

อณหภมคอลมน 70-280 oC สภาวะทใชในการแยก Temperature programming ระบบฉด split ratio 30:1 อณหภมของระบบฉด 260 oC อณหภมของระบบตรวจวด 280 oC แกสพา He อตราการไหลของแกสพา 1 ml/min ปรมาตรของสารตวอยาง 1 µl

สภาวะทเหมาะสมในการปรบสภาพปนขาว เปนการศกษาผลของความเขมขนของกรด

ไฮโดรคลอรก อณหภมและเวลาทใชในการปรบสภาพปนขาว โดยว เคราะหจากคา รอยละการเป ลยน (%Conversion) ของไบโอดเซล ทไดจากปฏกรยา ทรานสเอสเทอรฟเคชนทมปนขาวทปรบสภาพทสภาวะตางๆ มาเปนตวเรงปฏกรยา ซงสภาวะทใหคารอยละการเปลยนดทสดจะเปนสภาวะทเหมาะสมใน

การน ามาใชปรบสภาพปนขาวเหลอทงจากโรงงานอตสาหกรรมในงานวจยน โดยคารอยละการเปลยนสามารถค านวณไดจากสตรดงน

รอยละการเปลยน = รอยละผลผลต×รอยละความบรสทธ

100

รอยละผลผลตและรอยละความบรสทธสามารถค านวณไดจากสตร ไดแก

รอยละผลผลต = น าหนกไบโอดเซล × 100น าหนกน ามนปาลมโอเลอน

รอยละความบรสทธ = Am × 100

As- Ai

เมอ Am คอ พนทใตพคของเมทลเอสเทอร As คอ พนทใตพคของตวอยางทวเคราะห ในชวง tR 10.00-35.00 Ai คอ พนทใตพคของ Internal Standard

การวเคราะหความแรงของเบส การวเคราะหความแรงของเบสของปนขาวทปรบสภาพดวยสภาวะทเหมาะสมแลวดวยวธ Hammett indicator (เกตนณนภา, เพชรไพลน, 2558) ท าไดโดยการชงปนขาว 0.05 กรม เตมเมทานอล 5 มลลลตร แลวหยดอนดเคเตอรจ านวน 3 หยด โดยอนดเคเตอรทใช ไดแก โบรโมไทมอลบล (H_= 7.2) ฟนอลฟทาลน (H_= 9.8) 2,4-ไดไนโตรอะนาลน (H_ = 15.0) และ 4-ไนโตรอะนาลน (H_= 18.4) จากน นเขยาเปนเวลา 2 ชวโมง แลวสงเกตสของสารละลายทเปลยนไป สภาวะทเหมาะสมในการผลตไบโอดเซล เปนการหาสภาวะทท าใหผลตภณฑจากปฏกรยาทรานสเอสเทอรฟเคชนมคารอยละการเปลยนดทสด โดยการทดลองไดใชปนขาวเหลอทงทไดจากการปรบสภาพดวยสภาวะทเหมาะสมแลว มาเปนตวเรงในการผลตไบโอดเซล ซงการหาสภาวะทเหมาะสมในการผลตไบโอดเซลนไดศกษาทงหมด 4 ปจจย ไดแก รอยละโดยมวลของปนขาวทปรบสภาพแลวตอน ามนปาลมโอเลอน (2.0, 4.0, 6.0, 8.0 และ

- 286 -

PMP14-5

10.0 %w/w) อตราสวนโมลของเมทานอลตอน ามนปาลมโอเลอน (3:1, 6:1, 9:1, 12:1 และ 15:1) อณหภมท ใช เ กดป ฏ ก ร ย า (50, 55, 60, 65 และ 70 องศาเซลเซยส) และเวลาทใชในการเกดปฏกรยา (1, 1.5, 2, 2.5 และ 3 ชวโมง)

ผลการวจย ผลการวเคราะหโดยเทคนค SEM และ XRF

ผลการศกษาลกษณะพนผวของปนขาวเหลอทงจากโรงงานอตสาหกรรมผลตเยอกระดาษโดยใชเทคนค SEM ก าลงขยาย 5000 เทา พบวา ปนขาวกอนการปรบสภาพจะมลกษณะของพนผวทไมสม าเสมอ ไมมความเปนผลก และมโครงสรางทจบตวกนเปนกอน (ภาพท 1 (ก)) แตส าหรบปนขาวหลงการปรบสภาพดวยสภาวะทเหมาะสมแลว พนผวจะมลกษณะเปนเหมอนแทงผลกแทรกอยในโครงสราง และไมมการจบรวมตวกนมากเหมอนทพบในปนขาวกอนปรบสภาพ (ภาพท 1 (ข))

(ก)

(ข)

ภาพท 1 ลกษณะพนผวของปนขาวเมอวเคราะหโดยใชเทคนค SEM (ก) ปนขาวกอนการปรบสภาพ (ข) ปนขาวหลงการปรบสภาพ

ปนขาวกอนการปรบสภาพ และปนขาวหลงการปรบสภาพดวยสภาวะทเหมาะสมและเผาทอณหภมสง เมอน ามาวเคราะหหาองคประกอบโดยใชเครอง XRF พบวา สารทเปนองคประกอบหลกในปนขาวกอนการปรบสภาพ ไดแก แคลเซยมออกไซด โซเดยมออกไซด และแมกนเซยมออกไซด ตามล าดบ สวนสารทเปนองคประกอบหลกในปนขาวหลงการปรบสภาพ ไดแก แคลเซยมออกไซด แมกนเซยมออกไซด และซลคอนไดออกไซด ตามล าดบ และมสารอนๆ ดงแสดงในตารางท 2

ตารางท 2 องคประกอบของปนขาวกอนและหลงการปรบสภาพเมอวเคราะหโดยใชเทคนค XRF

องคประกอบ รอยละโดยมวล

กอนปรบสภาพ หลงปรบสภาพ CaO 52.78 75.17 Na2O 14.65 - MgO 9.07 7.70 SiO2 5.62 4.90 SO3 7.58 3.93 P2O5 4.47 3.70 อนๆ* 5.83 4.60

* อนๆ ไดแก F, Al2O3, Cl, K2O, TiO2, MnO, Fe2O3, NiO, CuO, ZnO, SrO และ MoO3

การปรบสภาพปนขาว การปรบสภาพปนขาวเหลอทงจากโรงงานอตสาหกรรมผลตเยอกระดาษ เมอเปลยนแปลงสภาวะทใชในการปรบสภาพใหแตกตางกน และหาสภาวะทเหมาะสมทสดเพอน ามาใชปรบสภาพปนขาวส าหรบใชเปนตวเรงปฏกรยาในการผลตไบโอดเซล ซงสภาวะทท าการศกษาม 3 สภาวะไดแก ความเขมขนของกรดไฮโดรคลอรก อณหภมและเวลาทใชในการปรบสภาพผลการทดลองทไดพบวา เมอท าการเปลยนแปลงความเขมขนของกรดไฮโดรคลอรกในชวง 1-5 โมลตอลตร ความเขมขนทใหคารอยละการเปลยนดทสดจะเปนความเขมขน 4 โมลตอลตร (79.30%) (ภาพท 2 (ก))

- 287 -

PMP14-6

ส าห รบอณหภม ทใชในการปรบสภาพจากชวงอณหภม 60-100 องศาเซลเซยส อณหภมทใหคารอยละการเปลยนดทสดจะอยท 90 องศาเซลเซยส (77.00%)

(ภาพท 2 (ข)) และสภาวะสดทาย คอ เวลา ซงศกษาในชวง 1-5 ชวโมง พบวาคารอยละการเปลยนดทสดคอ ทเวลา 2 ชวโมง (77.00%) (ภาพท 2 (ค))

(ก) (ข)

(ค)

ภาพท 2 แสดงคารอยละการเปลยนของไบโอดเซล เมอใชปนขาวทปรบสภาพดวยสภาวะทแตกตางกนเปนตวเรงปฏกรยา (ก) ผลของความเขมขนกรดไฮโดรคลอรกทใชปรบสภาพ (ข) ผลของอณหภมขณะปรบสภาพ (ค) ผลของเวลาทใชปรบสภาพ

การวเคราะหความแรงของเบส การวเคราะหหาความแรงของเบสของปนขาวหลงการปรบสภาพดวยสภาวะทเหมาะสมแลว ดวยวธ Hammett indicator โดยใชอนดเคเตอร 4 ชนด พบวา เมอใชโบรโมไทมอลบล (H_= 7.2) เปนอนด เคเตอร สารละลายเปลยนเปนสฟา ใชฟนอลฟทาลน (H_= 9.8) สารละลายเปลยนเปนสชมพ ใช 2,4-ไดไนโตรอะนาลน (H_ = 15.0) สของสารละลายไมเกดการเปลยนแปลง (สารละลายมสเหลอง) และ 4-ไนโตรอะนาลน (H_= 18.4) สของสารละลายไมเปลยนแปลงเชนเดยวกน (สารละลายมสเหลอง) ซงแสดงวาปนขาว

หลงการปรบสภาพมชวงความแรงของเบสมากกวา 9.8 แตนอยกวา 15.0

สภาวะทเหมาะสมในการผลตไบโอดเซล โดยพจารณาจากสภาวะทท าใหไดไบโอ

ดเซลหรอผลตภณฑจากปฏกรยาทรานสเอสเทอรฟคชนมคารอยละการเปลยนดทสด โดยการทดลองจะใชตวเรงปฏกรยาเปนปนขาวทปรบสภาพดวยสภาวะทเหมาะสมแลว กลาวคอ ปรบสภาพโดยการใชกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 4 โมลตอลตร อณหภม 90 องศาเซลเซยส และเวลาในการปรบสภาพเปน 2 ชวโมง ซงสภาวะทมการศกษาม 4 สภาวะไดแก รอย

0102030405060708090

0 1 2 3 4 5

รอยละก

ารเปลยน

ความเขมขนกรด HCl (M)

0102030405060708090

50 60 70 80 90 100

รอยละก

ารเปลยน

อณหภมทใชปรบสภาพ (oC)

0102030405060708090

0 1 2 3 4 5

รอยละก

ารเปลยน

เวลาทใชปรบสภาพ (ชวโมง)

- 288 -

PMP14-7

ละโดยมวลของปนขาวทปรบสภาพแลวตอน ามนปาลมโอเลอน อตราสวนโมลของเมทานอลตอน ามนป าลม โอ เล อน อณห ภ ม และ เ วล า ท ใชในการเ กดปฏ ก รยา ซงผลการทดลอง ทไดพบวา เ มอเปลยนแปลงรอยละโดยมวลของปนขาวทปรบสภาพแลวตอน ามนปาลมโอเลอนในชวงรอยละ 2-10 ปรมาณของปนขาวทใหคารอยละการเปลยนดทสดจะอย ท ร อ ยละ 6 (80.39%) ( ภ าพ ท 3 (ก) ) ส าห รบอตราสวนโมลของเมทานอลตอน ามนปาลมโอเลอนท

ท าการทดลองในชวง 3:1-15:1 พบวาทอตราสวน 12:1 จะใหคารอยละการเปลยนดทสด (79.30%) (ภาพท 3 (ข)) สวนอณหภมทท าใหไดคารอยละการเปลยนดทสดจะอยท 65 องศาเซลเซยส (79.30%) จากการศกษาระหวางชวงอณหภม 50-70 องศาเซลเซยส (ภาพท 3 (ค)) และส าหรบเวลาทใชในการเกดปฏกรยาเมอเปลยนแปลงในชวง 1-3 ชวโมง พบวาทเวลา 2 ชวโมงจะใหคารอยละการเปลยนดทสด (79.23%) (ภาพท 3 (ง))

(ก) (ข)

(ค) (ง)

ภาพท 3 แสดงคารอยละการเปลยนของไบโอดเซล เมอท าปฏกรยาทรานสเอสเทอรฟเคชนดวยสภาวะทตางกน (ก) ผลของรอยละโดยมวลของปนขาวทปรบสภาพแลวตอน ามนปาลมโอเลอน (ข) ผลของอตราสวนโมลของเมทานอลตอน ามนปาลมโอเลอน (ค) ผลของอณหภมขณะเกดปฏกรยา (ง) ผลของเวลาทใชในการเกดปฏกรยา

ปฏกรยาทรานสเอสเทอรฟเคชนทใชปนขาว

ทปรบสภาพดวยสภาวะทเหมาะสมแลวมาเปนตวเรงปฏกรยา เมอท าปฏกรยาดวยสภาพวะทเหมาะสม คอ รอยละโดยมวลของปนขาวตอน ามนปาลมโอเลอนเปนรอยละ 6 อตราสวนโมลของเมทานอลตอน ามนปาลม

โอเลอน 12:1 อณหภม 65 องศาเซลเซยส และใชเวลาในการเกดปฏกรยา 2 ชวโมง พรอมกวนดวยอตราเรว 300 รอบตอนาท พบวาไบโอดเซลทไดจากปฏกรยานมคารอยละการเปลยนเปน 81.11 และรอยละความบรสทธเปน 99.08

0102030405060708090

0 2 4 6 8 10

รอยละก

ารเปลยน

ปรมาณตวเรงปฏกรยา (%w/w)

0102030405060708090

0 3 6 9 12 15

รอยละก

ารเปลยน

อตราสวนโมลเมทานอล : น ามน

0102030405060708090

45 50 55 60 65 70

รอยละก

ารเปลยน

อณหภมทใชเกดปฏกรยา (oC)

0102030405060708090

0.5 1 1.5 2 2.5 3

รอยละก

ารเปลยน

เวลาทใชเกดปฏกรยา (ชวโมง)

- 289 -

PMP14-8

อภปรายและสรปผลการวจย การวจยนเปนการศกษาหาสภาวะทเหมาะสม

ในการผลตไบโอดเซลจากน ามนปาลมโอเลอน โดยใชปนขาวเหลอทงจากโรงงานอตสาหกรรมผลตเยอกระดาษเปนตวเรงปฏกรยา ซงปนขาวทใชในการวจยนจ าเปนตองมการปรบสภาพดวยสภาวะทเหมาะสมกอนจงจะสามารถน าไปใชเปนตวเรงปฏกรยาการผลตไบโอดเซลได โดยการปรบสภาพจะใชกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 4 โมลตอลตร อณหภม 90 องศาเซลเซยส และใชเวลาในการปรบสภาพนาน 2 ชวโมง จากน นน าไปเผาทอณหภม 900 องศาเซลเซยส เปนเวลา 1.5 ชวโมง จะไดปนขาวทปรบสภาพพรอมใชเปนตวเรงปฏกรยา ซงปนขาวทปรบสภาพนเมอวเคราะหหาความแรงของเบสโดยใชวธ Hammett indicator พบวาความแรงของเบสจะอยในชวงมากกวา 9.8 แตนอยกวา 15.0 (9.8< H_< 15.0) และผลการศกษาลกษณะของพนผวโดยใชเทคนค SEM พบวา พนผวของปนขาวทปรบสภาพแลวจะมลกษณะไมสม าเสมอ แตบางสวนมลกษณะคลายกบแทงผลกแทรกอยในโครงสราง สวนผลการวเคราะหหาองคประกอบทมในปนขาวทงกอนและหลงการปรบสภาพโดยใชเทคนค XRF พบวา องคประกอบหลกจะเปนโลหะออกไซด โดยแคลเซยมออกไซดจะมปรมาณมากทสด แตในปนขาวหลงการปรบสภาพจะมรอยละโดยมวลของแคลเซยมออกไซดมากกวากอนการปรบสภาพ ซงสารทเปนองคประกอบหลกในปนขาวนเองทท าใหปนขาวสามารถท าหนาทเปนตวเรงปฏกรยาในการผลตไบโอดเซลได

การผลตไบโอดเซลในการวจยน พบวา เมอใชปรมาณปนขาวตอปรมาณของน ามนปาลมโอเลอนเพมขน คารอยละการเปลยนกจะมคาเพมขน และสภาวะทท าใหไดคารอยละการเปลยนดทสดคอ การใชปนขาวรอยละ 6 แตเมอเพมปรมาณของปนขาวมากขนเปนรอยละ 8 และรอยละ 10 คารอยละการเปลยนของเมทลเอสเทอรจะมคาลดลงตามล าดบ ซงอาจจะเนองมาจากถามปรมาณตวเรงปฏกรยามากขนจะเกดการแยกเฟส ท าให

ปฏกรยาเกดไดไมสมบรณ ส าหรบการเพมอตราสวนโมลของเมทานอลตอน ามนปาลมโอเลอนจะท าใหคารอยละการเปลยนเพมขน และทอตราสวน 12:1 จะมคารอยละการเปลยนดทสด แตเมอเปรยบเทยบกบทอตราสวน 15:1 คารอยละการเปลยนจะมคาใกลเคยงกน แสดงวา ทอตราสวน 15:1 นปรมาณเมทานอลมมากเกนพอทจะใชเ ก ดปฏ ก ร ยา จ งท าใหค า ร อยละการ เป ล ยนไมเปลยนแปลง ในสวนของการเปลยนแปลงอณหภม พบวาอณหภมทเพมขนจะท าใหคารอยละการเปลยนของไบโอดเซลเพมตาม แตทอณหภม 65 องศาเซลเซยส จะเปนอณหภมทท าใหไดคารอยละการเปลยนดทสด และถงแมจะเพมอณหภมเปน 70 องศาเซลเซยสกใหคารอยละการเปลยนทใกลเคยงกน และส าหรบการเพมเวลาทใชในการเกดปฏกรยา พบวาจะท าใหคารอยละการเปลยนเพมตาม แตถาท าปฏกรยาทเวลา 2 ชวโมงจะเปนเวลาทท าใหไดคารอยละการเปลยนดทสด และเมอเพมเวลาในการท าปฏกรยามากขนกไมมผลตอคารอยละการเปลยนของไบโอดเซล ซงอาจจะเนองมาจากปฏกรยาสามารถเกดไดสมบรณภายในเวลา 2 ชวโมงแลว

เมอท าปฏกรยาทรานสเอสเทอรฟเคชนเพอผลตไบโอดเซลโดยใชปนขาวทปรบสภาพแลว และท าปฏกรยาดวยสภาวะทเหมาะสม จะท าใหไดไบโอดเซลทมคารอยละการเปลยนเปน 81.11 และรอยละความบรสทธเปน 99.08 โดยผลการวจยนแสดงใหเหนวาปนขาวเหลอทงจากโรงงานอตสาหกรรมผลตเยอกระดาษสามารถน ามาประยกตใชเปนตวเรงปฏกรยาในการผลตไบโอดเซลจากน ามนปาลมโอเลอนได ซงสามารถน าไปใชเปนทางเลอกในการเพมมลคาของเหลอทงจากโรงงานอตสาหกรรม ลดคาใชจายของวตถดบ และใชเปนแหลงผลตตวเรงปฏกรยาได

กตตกรรมประกาศ การวจยนไดรบทนสนบสนนจากโครงการสง เสรมการผลตคร ท มความสามารถพ เศษทางวทยาศาสตรและคณตศาสตร (สควค.) สถาบนสงเสรม

- 290 -

PMP14-9

การสอนวทยาศาสตรและเทคโนโลย (สสวท.) และไดรบความอนเคราะหปนขาวส าหรบการวจยจากบรษทฟนคซ พลพ แอนด เพเพอร จ ากด (มหาชน) อ าเภอน าพอง จงหวดขอนแกน

เอกสารอางอง กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน.

สถานการณพลงงานของประเทศไทย. กรงเทพฯ: [ม.ป.พ.]; 2554.

กรมโรงงานอตสาหกรรม. คมอการพฒนาอตสาห- กรรมเชงนเวศน. กรงเทพฯ: [ม.ป.พ.]; 2555.

กาญจนา นาถะพนธ, สมชาย นาถะพนธ, ดารวรรณ เศรษฐธรรม, วรางคณา สงสทธสวสด, จารวรรณ นพพานนท. การจดการกากของเสยและมลพษทเกดขนจากการประกอบอาชพอตสาหกรรมในครวเรอนภาคตะวนออกเฉยง เหนอ. ว. วจย มหาวทยาลยขอนแกน 2547; 9(1): 29-38.

เกตนณนภา วนชย, เพชรไพลน ปรางบาง. การผลต ไบโอดเซลจากน ามนปาลม โดยใช KI/CaO/ Al2O3 เปนตวเรงปฏกรยา. วารสารวทยาศาสตรและเทคโนโลย 2558; 23(5): 774-82.

ดสพล เชาวรตน. การน ากากปนขาวจากอตสาหกรรมผลตเยอกระดาษมาใชในงานปนกอและปนฉาบ [วทยานพนธปรญญาวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวศวกรรมสงแวดลอม]. ขอนแกน: บณฑตวทยาลย มหาวทยาลย ขอนแกน; 2547.

พฤกษ ตญตรยรตน. การตกตะกอนโลหะหนกดวยกากปนขาวจากโรงงานผลตเยอกระดาษ [วทยานพนธปรญญาวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวศวกรรมสงแวดลอม]. ขอนแกน: บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยขอนแกน; 2546.

Cho YB, Seo G, Chang DR. Transesterification of tributyrin with methanol over calcium oxidecatalysts prepared from various precursors. Fuel Process Technol 2009; 90: 1252-8.

Fukuda H, Kondo A, Noda H. Biodiesel Fuel Production by Transesterification of Oils. J Bioscience and Bioengineering 2001; 92(5): 405-16.

Hsieh L, Kumar U, Jeffery CS Wu. Continuous production of biodiesel in a packed-bed reactor using shell–core structural Ca(C3H7O3)2/CaCO3 catalyst. Chemical Engineering J 2010; 158: 250-6.

Jiang J, Duanmu C, Yang Y, Chen J. Synthesis and characterization of high siliceous ZSM-5 zeolite from acid-treated palygorskite. Powder Technology 2014; 251: 9-14.

Liu X, He H, Wang Y, Zhu S, Piao X. Transesterfication of soybean oil to biodiesel using CaO as a solid base catalyst. Fuel 2008; 87: 216-21.

Ma F, Hanna MA. Biodiesel Production. Bioresource Technology 1999; 70: 1-15.

Viriya-empikul N, Krasae P, Puttasawat B, Yoosuk B, Chollacoop N, Faungnawakij K. Waste shell of mollusk and egg as biodiesel production catalysts. Bioresource Technology 2009; 101: 3765-7.

- 291 -