การแปรรูปส่วนเหลือทิ้งจากต้นมะพร้าวเป็นถ่านกัมมันต์อย่างยั่งยืนโดยใช้การกระตุ้นด้วยไอน้ำ

摘要

งานวิจัยนี้มุ่งศึกษาศักยภาพของส่วนเหลือทิ้งจากต้นมะพร้าว 5 ชนิด ได้แก่ โคนก้าน จั่น เปลือกชั้นนอก กาบหุ้มช่อ และระแง้ สำหรับการผลิตถ่านกัมมันต์ด้วยการกระตุ้นด้วยไอน้ำ ซึ่งเป็นแนวทางการเพิ่มมูลค่าวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรและลดการใช้สารเคมีในกระบวนการผลิต ผลการวิเคราะห์องค์ประกอบธาตุพบว่าวัตถุดิบทั้งหมดมีปริมาณคาร์บอนอยู่ในช่วงร้อยละ 36.44-43.28 โดยกาบหุ้มช่อมีปริมาณคาร์บอนสูงที่สุด ขณะที่ผลการวิเคราะห์แบบ proximate analysis แสดงให้เห็นว่าวัตถุดิบมีสารระเหยเป็นองค์ประกอบหลักอยู่ในช่วงร้อยละ 69.41-72.74 และมีคาร์บอนคงตัวอยู่ในช่วงร้อยละ 15.33–21.34 สะท้อนถึงลักษณะเฉพาะของชีวมวลลิกโนเซลลูโลสที่เหมาะสมต่อการแปรรูปเป็นวัสดุคาร์บอน เมื่อผ่านกระบวนการ carbonization ที่อุณหภูมิ 500 °C เป็นเวลา 2 ชั่วโมง พบว่าได้ถ่านที่มีผลได้อยู่ในช่วงร้อยละ 24.81–33.01 มีพื้นที่ผิวจำเพาะอยู่ในช่วง 67.30-330.18 m²/g และมีขนาดรูพรุนเฉลี่ย 1.5-1.7 nm โดยเปลือกชั้นนอกให้พื้นที่ผิวสูงที่สุดในขั้นตอนนี้ จากนั้นนำถ่านที่ได้ไปกระตุ้นด้วยไอน้ำที่อุณหภูมิ 500, 600 และ 700 °C พบว่าอุณหภูมิการกระตุ้นที่สูงขึ้นส่งผลให้พื้นที่ผิวจำเพาะของถ่านกัมมันต์เพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน ขณะที่ผลได้ของผลิตภัณฑ์ลดลงตามอุณหภูมิการกระตุ้น ซึ่งสอดคล้องกับกลไกการเกิดปฏิกิริยาระหว่างไอน้ำกับคาร์บอนและการพัฒนาโครงสร้างรูพรุน ที่อุณหภูมิ 700 °C ถ่านกัมมันต์จากกาบหุ้มช่อให้พื้นที่ผิวสูงที่สุดเท่ากับ 778.64 m²/g รองลงมาคือ ระแง้ เปลือกชั้นนอก จั่น และโคนก้าน ตามลำดับ นอกจากนี้ การเพิ่มอุณหภูมิการกระตุ้นยังทำให้ขนาดรูพรุนเฉลี่ยเพิ่มขึ้นจากระดับไมโครพอร์ไปสู่ช่วงรอยต่อของไมโครพอร์และเมโซพอร์ โดยที่อุณหภูมิ 700 °C ขนาดรูพรุนเฉลี่ยอยู่ในช่วง 1.9-2.2 nm ผลการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่ากาบหุ้มช่อ ระแง้ และเปลือกชั้นนอกเป็นวัตถุดิบที่มีศักยภาพสูงสำหรับการผลิตถ่านกัมมันต์ด้วยการกระตุ้นด้วยไอน้ำ และเป็นแนวทางที่เหมาะสมต่อการใช้ประโยชน์ชีวมวลเหลือทิ้งจากต้นมะพร้าวอย่างยั่งยืน