รายงานการวจย

เรอง

การเตรยมซลกาบรสทธสงจากแกลบขาวเพอใชเปนสารตงตนในการสงเคราะหซโอไลต

โดย

ดร. จตรลดา ชม

ไดรบทนอดหนนจากมหาวทยาลยราชภฏสวนสนนทา ปงบประมาณ 2554

รายงานการวจย

เรอง

การเตรยมซลกาบรสทธสงจากแกลบขาวเพอใชเปนสารตงตนในการสงเคราะหซโอไลต

โดย

ดร. จตรลดา ชม คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลย

ไดรบทนอดหนนจากมหาวทยาลยราชภฏสวนสนนทา ปงบประมาณ 2554

บทคดยอ

ชอรายงานการวจย : การเตรยมซลกาบรสทธสงจากแกลบขาวเพอใชเปนสารตงตนในการ สงเคราะหซโอไลต

ชอผวจย : ดร. จตรลดา ชม ปททาการวจย : 2554

....................................................................................................

งานวจยนมวถประสงคในการสงเคราะหซลกาทมความบรสทธสงจากการแกลบขาวโดยการสกดดวยสารละลายกรดไฮโดรคลอรก 3.0 โมลาร และเผาทอณหภม 500 องศาเซลเซยส แลวนาซลกามาใชเปนสารตงตนในการเตรยมโซเดยมซลเกตเพอใชในการสงเคราะหซโอไลตชนดเอกซ (LSX) โดยใชอตราสวนในการสงเคราะหซโอไลต 5.5 Na2O : 1.65 K2O : AI2O3 : 2.2 SiO2 : 122 H2O ซงทาการตกผลกทอณหภม 100 องศาเซลเซยส ดวยภาชนะแตกตางกน คอแบบท 1 ใสในขวด ขวดโพลโพรพลน (PP) และแบบท 2 ใสในทอเทปลอนทบรรจในกระบอกควบคมความดน (Teflon-lined autoclave) จากนนนาซโอไลตมาวเคราะหคณลกษณะทางกายภาพและทางเคมดวยเทคนคการเลยวเบนของรงสเอกซ (XRD) การวดปรมาณรงสเอกซฟออเรสเซนต (XRF) กลองจลทรรศนอเลกตรอน (SEM) บอท (BET) และอนฟราเรดสเปคโทสโคป (FT-IR) ซโอไลต LSX ทสงเคราะหไดจากการตกผลกใน Teflon-lined autoclave จะใหขนาดผลกและพนทผวสงกวาการตกผลกในขวด PP ซงมขนาดผลก 102.88 นาโนเมตร มรปรางแบบผลกหลายหนาสเฟยรไรท (Multi-faceted spherulite) และมพนทผว 286 ตารางเมตรตอกรม

www.ssru.ac.th

Abstract

Research Title : PREPARATION OF PURE SILICA FROM RICE HUSK AND USING AS A SILICA SOURCE FOR SYNTHESIS OF ZEOLITE Author : Jitlada Chumee Year : 2011

................................................................................................. The goal of this work was preparation of pure silica from rice husk by extraction

with 3 M hydrochloric acid and calcination at 500°C. The rice husk silica was used as a silica source for preparation sodium silicate solution that used to synthesize zeolite type X (LSX). The gel with mole ratio of 5.5 Na2O : 1.65 K2O : AI2O3 : 2.2 SiO2 : 122 H2O was prepared and poured in difference container (Polypropylene and Teflon-lined autoclave). Then the gel was crystallized at 100°C, filtrated and washed until pH 10. Characterizations by X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence spectrometry (XRF), scanning electron microscopy (SEM), N2 adsorption-desorption analysis BET surface area and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). The results showed the crystallized zeolite in Teflon-lined autoclave has 102.88 nm of crystal size, multi-faceted spherulite crystals and 286 m2/g of surface area.

www.ssru.ac.th

กตตกรรมประกาศ

รายงานการวจยการพฒนานาแกลบขาวทเปนวสดเหลอใชมาใชประโยชนและเพมมลคา โดย

การนาแกลบขาวมาสกดเพอใหไดซลกาทมความบรสทธสงและนามาสงเคราะหซโอไลต เนองจากบคคลหลายทานไดกรณาชวยเหลอใหขอมลขอเสนอแนะ คาปรกษาแนะนา ความคดเหน ตลอดจนอานวยความสะดวกในการใชอปกรณ ผเขยนขอกราบขอบพระคณมหาวทยาลยราชภฏสวนสนนทาทไดใหทนอดหนนในการทาวจยครงนใหสาเรจไดตามวตถประสงค ทายสดน ขอกราบขอบพระคณบดา มารดา และเพอนรวมงานทไดชวยสงเสรมสนบสนนกระตนเตอน และเปนกาลงใจตลอดมาใหผวจยจดทารายงานการวจย

ดร. จตรลดา ชม กนยายน 2554

www.ssru.ac.th

สารบญ

หนา บทคดยอ (1) ABSTRACT (2) กตตกรรมประกาศ (3) สารบญ (4) สารบญตาราง (5) สารบญภาพ (6) สญลกษณและคายอ (7) บทท 1 บทนา 1 1.1 ความเปนมาและความสาคญของปญหา 1 1.2 วตถประสงคของงานวจย 1 บทท 2 ผลงานวจยและงานเขยนอนๆ ทเกยวของ 2 2.1 แกลบขาว 2 2.2 ซโอไลต 3 2.3 งานวจยทเกยวของ 6 บทท 3 วธการวจย 8 3.1 อปกรณและสารเคม 8 3.2 วธการดาเนนงานวจย 9 บทท 4 ผลของการวจย 10

4.1. การวเคราะหคณลกษณะทางกายภาพและทางเคมของซลกา 10 4.2 การวเคราะหคณลกษณะทางกายภาพและทางเคมของซโอไลต LSX 13

บทท 5 สรปผลการศกษาและขอเสนอแนะ 18 5.1 สรปผลการศกษา 18 5.2 ขอเสนอแนะในการทาวจยในอนาคต 18บรรณานกรม 19ประวตผทารายงานการวจย 21

www.ssru.ac.th

สารบญตาราง

ตารางท หนา 2.1 องคประกอบทางเคมของแกลบจากขาวสาร 3 4.1 เปอรเซนตเถาของแกลบขาวกอนรฟลกซและหลงรฟลกซ 11 4.2 ขนาดของผลกและพนทผวของซโอไลต LSX-P, LSX-B และ NaX-STD 14 4.3 องคประกอบของธาตตางๆ ในซโอไลต 14

www.ssru.ac.th

สารบญภาพ ภาพท หนา

2.1 โครงสรางแบบฟจาไซด (FAU) วงกลมแสดงตาแหนงของไอออนบวก 4 บนโครงสราง Zeolite 4.1 ลกษณะทางกายภาพของแกลบขาวกอนและหลงการรฟลกซ 10

4.2 XRD สเปคตรมของเถาแกลบขาวทไดจากการเผาแกลบขาว 11 ทผานการรฟกซทอณหภม 500°C นาน 6 ชวโมง 4.3 FT-IR สเปคตรมของเถาแกลบขาวทไดจากการเผาแกลบขาว 12 ทผานการรฟกซทอณหภม 500°C นาน 6 ชวโมง

4.4 XRD สเปคตรมของ LSX-P, LSX-B และ NaX-STD 13 4.5 ภาพถาย SEM การกระจายตวของอนภาคซโอไลต LSX-A และ LSX-B 15 4.6 FT-IR สเปคตรมของซโอไลต LSX-A และ LSX-B 16

www.ssru.ac.th

บทท 1

บทนา

1.1 ความเปนมาและความสาคญของปญหา

แกลบขาวเปนวสดเหลอทงจากกระบวนการสขาวเปลอกทมปรมาณมากนน ไดมความพยายามทจะนาแกลบไปใชประโยชนในดานอน ๆ เชนเปนเชอเพลงในการใหความรอนหมอตมไอนา เพอนาไอนาไปใชในโรงสกดนามน รา เครองอบขาวเปลอก และผลตไฟฟา อาหารสตววสดปรบปรงดน วสดเพาะกลาไม แตยงมแกลบอกจานวนมากทตองนาไปกาจดโดยใชวธฝงกลบทาใหเกดปญหามลภาวะ ดงนนจงไดมศกษาองคประกอบและโครงสรางของแกลบพบวาองคประกอบทางเคมสวนใหญ เชน ไฮโดรคารบอน ประมาณ 60-70 เปอรเซนต (%) ซลกาประมาณ 20-30 % และ ออกไซดของโลหะ โซเดยม แคลเซยม เหลก ตลอดจนธาตโลหะอกเลกนอย จากการศกษาองคประกอบของแกลบขาวพบวามซลกาอยจานวนมาก จงไดนาแกลบขาวมาสกดซลกาความบรสทธสง โดยกระบวนการสกดมหลายวธ เชน สกดดวยกรดหรอเบส และวธการเผา ซงวธการสกดดวยกรดหรอเบสกอนการนาไปเผาจะไดซลกาทความบรสทธสงและลดอณภมในการเผาลงจงเปนกระบวนการทไมสนเปลองพลงงาน แลวมการนาซลกาทสกดไดมาใชเปนสารตงตนในการสงเคราะหซโอไลต ซงสามารถนามาใชประโยชนไดหลายดานเชน ใชเปนตวเรงปฏกรยา แลกเปลยนไอออนบวกในโครงรางผลกกบแคลเซยมไอออนหรอแมกนเซยมไอออนไดจงชวยลดความกระดางของนา และสามารถใชเปนตวดดซบโลหะหนกตาง ๆ ได

ดงนนในงานวจยนจงสนใจทจะเพมแนวทางการนาแกลบขาวไปใชประโยชน และมลคาทางเศรษฐกจ โดยการสกดซลกาจากแกลบขาวแลวนาไปเตรยมเปนสารตงตนในการสงเคราะหซโอไลต

1.2 วตถประสงคของการวจย 1. เพอศกษาและเตรยมซลกาทมความบรสทธสงจากแกลบขาว 2. เพอศกษาและสงเคราะหซโอไลตจากซลกาทเตรยมไดจากแกลบขาว

www.ssru.ac.th

บทท 2

ผลงานวจยและงานเขยนอน ๆ ทเกยวของ

2.1 แกลบขาว

แกลบขาว (องกฤษ: Rice Husk) คอผลผลตทไดจากการสขาว เปนเปลอกของขาวสาร เปนสวนทเหลอใชจากการผลตขาวสาร เมลดมลกษณะเปนรปทรงร เมดยาวสเหลองอมนาตาล หรอเหลองนวลแลวแตภมประเทศทมการปลกขาว ปจจบนประเทศมการสงออกแกลบขาวรายใหญของโลก นอกจากการนาแกลบขาวไปใชเปนเชอเพลงตางๆแลว ยงสามารถนาไปผสมกบวสดอนๆทาเปนวสดกอสรางแลว แกลบขาวยงถกนาไปผลตเปนขเถาแกลบ (Rice Husk Ash) เพอนาขเถาแกลบไปใชประโยชนอกมาก ซงสวนประกอบหลกของขเถาแกลบ คอ ซลกา (SiO2) สามารถนาไปทาใหบรสทธดวยกระบวนการทางเคม และการเผาทอณหภมสง ซลกาในขเถาแกลบมทงทเปน ซลกาผลก (Crystalline Silica) ซลกาผลกสามารถแบงยอยเปนหลายชนดตามความแตกตางของรปราง ลกษณะผลกและความหนาแนนของซลกา รปรางของผลกมหลายแบบ เชน สามเหลยม สเหลยม หกเหลยม สเหลยมลกบาศกและเสนยาว และซลกาอสณฐาน (Amorphous Silica) ซงเปนซลกาทมรปรางไมเปนผลก (Non-crystalline Silica)

www.ssru.ac.th

3

ตารางท 2.1. องคประกอบทางเคมของแกลบจากขาวสาร

2.2 ซโอไลต (Zeolite)

Zeolites เปนสารประกอบอลมโนซลเกตซงเปนโครงสรางผลกทจดเรยงตวอยางเปนระเบยบ ทประกอบดวย SiO4 และ AlO4 ซงใชอะตอมออกซเจนรวมกน เมอมการแทนท Si4+ ดวย Al3+ จะทาใหเกดประจลบขนตามอะตอม ดงนนจงตองมประจบวกมาดลประจลบทเกดขน สวนใหญจะเปนไอออนบวกของโลหะ สตรโครงสรางทวไปของ Zeolites คอ Man+[SixAlyOz]·mH2O เมอ Ma+ คอ ไอออนบวกทอยระหวางโครงสรางของ Zeolites และ [SixAlyOz] คอโครงสรางหลกของ Zeolites [21-22] ในงานวจยนจะมงเนนในการศกษาซโอไลตทมโครงสรางแบบฟจาไซด (FAU) ซงจะประกอบดวยหนวยโครงสรางของซลเกตแบบตตยภมแบบ D6R (Double 6 rings) เกดเปนรพรน Supercages ซงมเสนผานศนยกลางของรพรน 7.4 Å จากคณสมบตขนตนทาให Zeolites เปนวสดทนาสนใจในการประยกตทงดาน วสดทคณสมบตเปนกรด การแลกเปลยนไอออน การใชเปนตวรองรบโลหะเพอใชเปนตวเรงปฏกรยาและการดดซบ

องคประกอบทางเคม แกลบ ความชน (%) 7.6-10.2 โปรตน (%) 1.9-3.7 ไขมน (%) 0.3-0.8 เสนใยหยาบ (%) 35.0-46.0 คารโบไฮเดรตทใชประโยชนได (%) 26.5-29.8 เถา (% ) 13.2-21.0 ซลกา (%) 18.8-22.3 แคลเซยม (%) 0.6-1.3 ฟอสฟอรส (%) 0.3-0.7 เสนใยอาหาร (สกดโดยสารฟอกเปนกลาง) (%) 66-74 เสนใยอาหาร (สกดโดยสารฟอกเปนกรด) (%) 57-62 ลกนน (%) 9-20 เซลลโลส (%) 28-36 เพนโทเซน (%) 21-22 เฮมเซลลโลส (%) 12 สารอาหารทยอยไดทงหมด (%) 9.4

www.ssru.ac.th

4

.

ภาพท 2.1 โครงสรางแบบฟจาไซด (FAU) วงกลมแสดงตาแหนงของไอออนบวกบนโครงสราง Zeolite

เนองจากโครงสรางของซโอไลตทเปนแบบเปดประกอบดวยชองวาง และการเชอมตอระหวางโมเลกลจานวนมาก ซงมแคทไอออน และโมเลกลของนาเกาะอยภายใน โดยสามารถแลกเปลยนกบแคทไอออนอนได คอมคณสมบตเปน Ion exchange นาไปใชขบวนการ water softening และwater treatment นอกจากนโลหะอนๆ เชน ตะกว ปรอท แคดเมยม ซลเวอรไอออนกสามารถแลกเปลยนไดเชนเดยวกน ยงมคณสมบตเปน Resersible dehydration ซงเปน Molecular sieve ททาใหมคณสมบตตางจากการดดซบอน และยงแสดงคณสมบตเปนสารดดซบทดสามารถแยกแกสและไอของผสม เชน แอมโมเนย ออกซเจน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน คารบอนไดออกไซด ซลเฟอรได-ออกไซดไดดวย เนองจากโครงสรางโมเลกลทแตกตางกน ดงนนจงมคณสมบตทางเคมและกายภาพแตกตางกน

2.2.3. ชนดของซโอไลต ซโอไลตสามารถเกดขนได 2 วธ คอ ซโอไลตทพบตามธรรมชาต (natural or mineral

zeolite) และทสงเคราะหขน (synthetic zeolite) ซโอไลตแตละชนดมโครงสรางทแตกตางกน ทพบตามธรรมชาตมมากกวา 35 ชนด สวนซโอไลตสงเคราะหขนมถงประมาณ 100 ชนด ซโอไลตม 2 ชนด ดงน

1. ซโอไลตทเกดขนเองตามธรรมชาต (Mineral zeolites or Naturally occurring zeolites) ซงสวนมากคนพบจากการทาเหมองแร เปนกลมของผลกอะลมโนซลเกตของโมโนหรอไดวาเลนทเบส (mono and divalent bases) อาจมการสญเสยนาผลกบางสวนหรอทงหมด โดยไมมการเปลยนแปลงโครงสราง ตวอยางเชน Faujasite erionite offretite chabazite clinoptilolite เปนตน ซโอไลตธรรมชาตเดมนามาใชประโยชนในการกอสราง ในทางอตสาหกรรมใชเปน filter ในอตสาหกรรมกระดาษ หลงจากไดคนพบคณสมบตการเปน Molecular sieves และ ion exchange จงไดนามาใชเปน Molecular sieves adsorbent ในอตสาหกรรมแยกกาซธรรมชาตและแยกแอมโมเนยในขบวนการกาจดนาทง

2. ซโอไลตทเกดจากการสงเคราะหทางเคม (Synthetic zeolite) เกดจากการทาปฏกรยาเบสกออกไซดตางๆ เชน Al3O2 SiO2 Na2O และ K2O ในระบบทมนาเพอใหไดผลตภณฑของซโอไลต

www.ssru.ac.th

5

ทมนาผลก และการสงเคราะหสามารถทาใหเกดไดตงแตเปนเจล (Gelatin) จนถงรปทเปนรพรน (porous) และลกษณะทคลายเมดทราย (Sandlike) ไดแก Zeolite A, Zeolite Y, Zeolite F, Zeolite M เปนตน

2.2.5. ประโยชนของซโอไลต 1. ใชเปนตวเรงปฏกรยาเชน Hydrogenation, alkylation, aromatization และ isomerization เปนตน 2. ใชเปน Sorption agent เนองจากโครงสรางทเปนรพรนของซโอไลตทาใหสามารถ ดดซบสารตางๆ ไดตามขนาดและโครงสรางของซโอไลตแตละชนด เชน ใชในขบวนการ Defying ของ Natural gas แยก CO2 และสารประกอบซลเฟอรจากแกสธรรมชาตแยกสารททาใหเกดสาร มลภาวะ เชน SO2 NO2 และ O2 จากอากาศ เปนตน 3. Water softeners ซโอไลตสามารถแลกเปลยนไอออนบวกในโครงรางผลกกบแคลเซยมไอออนหรอแมกนเซยมไอออนไดจงชวยลดความกระดางของนา 4. ใชเปน ion exchange resins จากคณสมบตการแลกเปลยนไอออนบวกของซโอไลตทาใหสามารถนาไปใชเปนเรซน เพอแลกเปลยนกบไอออนบวก Univalent หรอ Divalent Selectivity ของซโอไลตของไอออนบวกทเปน Univalent จากมากไปหานอย ดงน

Ag+ > Ti+ > Na+ > K+ > NH4+ > Rb+ > Li+ > Cs+

สาหรบไอออนบวกทเปน Divalent มดงน Zn2+ > Sr2+ > Ba2+ > Ca2+ > Co2+ > Ni2+ > Hg2+ > Mg2+

พฤตกรรมการแลกเปลยนไอออนบวกจะขนอยกบ - ธรรมชาตของไอออนบวก เชน ขนาด ประจ

- อณหภม - ความเขมขนของไอออนบวกในสารละลาย - ชนดของไอออนบวกทรวมตวกบไอออนบวกในสารละลาย - ตวทาละลาย (การแลกเปลยนสวนมากเกดขนไดดใน Aqueous solution) - ลกษณะโครงสรางของซโอไลต

5. ใชเปน Detergent builder ซโอไลตเปนทนยมในตางประเทศทเจรญแลว โดยใชเปนสวนผสมของผงซกฟอกเนองจากซโอไลตมคณสมบตทเหมาะสมสาหรบทาผงซกฟอก คอมคา Capacity และ Kinetics ซงทาใหการแลกเปลยนไอออนบวกเปนไปไดมากและเรว นอกจากน ซโอไลตยงใชแทนฟอสเฟตไดอกดวย ซงฟอสเฟตทาใหพชนาหรอพวกสงมชวตขนาดเลกๆ เจรญเตบโตอยางรวดเรว ทาใหมปญหาในการกาจดและเมอมการตายแลวทบถมกนเขาจงทาให นาเนาเสยและสตวนาทจาเปนลดจานวนลงไดเนองจากขาดออกซเจนในการยอยสลาย

โครงสรางของซโอไลตเปนแบบเปดประกอบไปดวย channel หรอ interonected void จานวนมากซงมไอออนบวกและโมเลกลของนาเกาะเชอมอยภายใน ไอออนบวกนสามารถเปลยนกบ

www.ssru.ac.th

6

ไอออนบวกอนได คอมคณสมบตเปน ion exchanger เมอโมเลกลของนาผานเขามาในชองวางทาใหไอออนทอยในสารละลายสามารถแลกเปลยนกบไอออนทอยในโครงสรางไดคณสมบต ดงกลาวนาไปใชในกระบวนการ Water softening และ Water treatment ปฏกรยานซโอไลต จะแลก เปลยน Na+ กบ Ca2+ ทมอยในนากระดาง ในขณะทปลอยใหนากระดางไหลผานเมดของซโอไลต ดงนนนาทผานออกมาจะมปรมาณ Na+ เพมขนกจะเปนการปองกนการเกดตะกรนขน นอกจากนโลหะหนกอนๆ เชน ตะกว ปรอท แคดเมยม ซลเวอรไอออนกสามารถแลกเปลยนไดเชนเดยวกน

ซโอไลต เมอไดรบความรอนโมเลกลของนาภายในชองวางจะหลดออกมาและนาจะระเหยออกมาอยางตอเนองโดยโครงสรางโมเลกล (Dehydrated structure) ไมเปลยนแปลงหรอบบสลายหลงจากทมการ Dehydration แลวชองวางในโครงสรางโมเลกลสามารถถกเตมดวยนาไดเชนเดมซงเรยกวา Reversible dehydration

ซโอไลต ไดชอวาเปน Molecular sieve เนองจากโมเลกลมชองวางทสมาเสมอจานวนมากซงสามารถแสดงคณสมบตคลาย sieve บนโมเลกลทมชองวางทสมาเสมอ

2.3 งานวจยทเกยวของ

รตนา มหาชย (2547) ไดศกษาการกาจดโลหะหนกในนาทงจากโรงงานอตสาหกรรมดวย ซลกาเจล ทเตรยมจากแกลบ คอ ไดทาการสกดซลกาจากเปลอกขาวพบท พนทผวจาเพาะมคา 596.45 และ 428.80 m2/g ตามสมการแลงเมยร และ BET ตามลาดบ มขนาดรพรน 6.90 nm จากภาพถาย SEM นาซลกาเจลทเตรยมมาตรงดวยหมอะมโน-ไธออล จากขอมลอนฟราเรดสเปกตรมพบพคมการรบกวนจากโลหะอนๆ ไดแก ตะกว (Pb) (5 ppm) แคดเมยม (Ca) (50 ppm) ปรอท (Hg) (5 ppm) และอารเซนก (As) (5 ppm) เมอนามาศกษาการกาจดโลหะสงกะสในนาจากโรงงานอตสาหกรรมแรสงกะส พารามเตอรทกตว (TS, COD) ใหคาลดลง ยกเวนคา pH ปรมาณการกาจดโลหะ Zn, Cu, Cd, Pb, Fe, Ca, Mg, Mn, Sb, As และ Hg สรปไดวา ซลกาเจลทเตรยมจากซลกาทไดจากเปลอกขาวแลวตรงดวยหมอะมโน-ไธออล เปนวสดทดสาหรบกาจดสงกะสทมปรมาณมากในนาเสย สภาภรณ ดอกไมศรจนทร (2550) การเตรยมซลกาเจลจากแกลบขาวเพอใชเปนตวดดซบ ไดแกการศกษาการสกดซลกาทมอยในแกลบขาว การศกษาการเตรยมสารละลายโซเดยมซลเกตจากซลกาทสกดไดจากแกลบขาวการศกษาวธการและสภาวะการเตรยมซลกาเจลจากแกลบขาวโดยกระบวนการซอล-เจล การศกษาผลของวธการเตรยมซลกาเจล และการสงเคราะหซลกาเจลโดยกาหนดใหมคา pH เทากบ 7 เพอใชเปนตวดดซบในคอลมนโครมาโทกราฟการสกดซลกาทมอยในแกลบขาว เรมจากการกาจดสารอนนทรยโดยการลางแกลบขาวดวยกรด 3 ชนด ไดแก HCl, HNO3 และ H2SO4 ทมความเขมขนตางๆ กน จากนนผลการวจยพบวาการสกดซลกาจากแกลบขาวโดยการรฟลกซแกลบขาวดวยสารละลายกรด HCl เขมขน 2 M เปนเวลานาน 60 นาท แลวนาไปเผาทอณหภม 800 °C นาน 3 ชวโมง จะทาใหไดซลกา คดเปนผลไดเทากบ 15.97%wt ของแกลบขาว Synthesis of SUZ-4 Zeolite from Rice Husk Ash (2007) งานวจยนเปนการสงเคราะหซ โอไลตชนด SUZ-4 โดยใชเถาแกลบเปนวตถดบ ดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมล ใชเตตระเอททล

www.ssru.ac.th

7

แอมโมเนยมไฮดรอกไซด (TEAOH) เปนสารกาหนดโครงสราง สงเคราะหทอตราสวนโดย โมลของ ซลกาจากเถาแกลบตอซลกาโซล (RHA/Silica sol) เทากบ 0, 50, 70, 90 และ 100 อตราสวนโดยโมลของ ซลกาตออะลมนาในชวง 16.21 ถง 33.28อตราสวนโดยโมลของสารกาหนดโครงสรางตออะลมนาเทากบ 2.6 อตราสวนโดยโมลของโพแทสเซยมไฮดรอกไซดตออะลมนา เทากบ 6.47 ถง 8.6 อณหภมไฮโดรเทอรมล 150 องศาเซลเซยส ความดนเรมตน 1 บรรยากาศ ความเรวในการปนเหวยง 250 รอบตอนาท และระยะเวลาทอณหภมไฮโดรเทอรมล 4 วน จากการทดลองพบวา ทอตราสวนโดย โมลของซลกาจากเถาแกลบตอซลกาโซลเทากบ 50 อตราสวน โดยโมลของซลกาตออะลมนาเทากบ 21.2 และ อตราสวนโดยโมลของโพแทสเซยมไฮดรอกไซดตออะลมนาเทากบ 7.9 สามารถสงเคราะหซโอไลตชนด SUZ-4 ได 100 % ผลกทไดมรปรางคลายเขม มพนทผวจาเพาะเฉลยเทากบ 469 ตารางเมตรตอกรม และมขนาดรศมรพรนเฉลยเทากบ 5.3 Å

Pongtanawat Khemthong (2007) การสงเคราะหและอธบายลกษณะของซโอไลต LSX จากซลกาแกลบขาว การสงเคราะหของซโอไลต LSX โดยสตร Na73K22[Si97Al95O384].212H2O โดยการใช RHS เปนแหลงทมาของ Silica และอธบายลกษณะโดย XRD FTIR BET SEMและวเคราะหอนภาคดวย (DPSA) ผลจากSEM มลกษณะหลายเหลยมหรออนภาคสารประกอบ เปน Spherulitเกดขนพรอมๆกนกบอนภาคขนาดเลกๆหรอ amorphous อนภาคของผลก 0.2-50 µm พนทผวประมาณ 400 m2/g

Ye Yaping (2008) การสงเคราะหซโอไลตบรสทธจากซลกอนและอะลมนมทมความอมตวสงทไดมาจากเถาลอย เพอทาการสงเคราะหซโอไลตบรสทธ โดยปราศจากการเตมสารละลายอลมเนตดวยกระบวนการ 2 ขนตอน ขนตอนท 1 การหลอมละลายดาง ขนตอนท 2 การดงตวทเราตองการออกมา ผลจาก XRD ของขนตอนท 1 ได Na2Sio3 และ NaAlSiO4 และขนท 2 ได NaAlSiO4 และผลของ XRD และ SEM ของซโอไลต ทสงเคราะหไดเปนซโอไลต Na-X โดยการเตมกรดและเมดผลกเปนตวลอ จะเกดพคขนทตาแหนง 6 2θ มขนาด 0.5 ถง 1 µm Octahedral crystals

ดงนนในงานวจยนจงสนใจทจะเพมแนวทางการนาแกลบขาวไปใชประโยชน และมลคาทางเศรษฐกจ โดยการสกดซลกาจากแกลบขาวแลวนาไปเตรยมเปนสารตงตนในการสงเคราะหซโอไลต

www.ssru.ac.th

บทท 3

วธการวจย

3.1 อปกรณและสารเคม

3.1.1 อปกรณ 1. Fourier Transform Infrared Spectroscopy: FTIR (TENSOR 27) 2. X-ray Diffractrometer: XRD (Bruker axs D5005) 3. Scanning electron microscope: SEM (JEOL JSM-6400) 4. UV-VIS Spectrophotometer (JASCO V-650) 5. ชดการสกด 6. ชดเครองกรองสญญากาศ 7. กระดาษกรอง ( เบอร 93, 42 Ashless) 8. กระดาษวด pH 9. เครองชง 10. เตาเผา (Nabertherm Gmbh) 11. ตอบ 12. Teflon-lined autoclave 13. Hot plate stirrer 14. Magnetic stirrer, Magnetic bar 15. เครองแกวพนฐานทมในหองปฏบตการ เชน บกเกอร แทงแกวคนสาร 16. ขวดโพลโพรพลน: PP (Poly Propylene)

3.1.2 สารเคม

1. Sodium aluminates (NaAlO2, Sigma-Aldrich) 2. Potassium hydroxide, reagent grade (KOH 85% Grade AR) 3. Sodium hydroxide, reagent grade (NaOH 97%, Grade AR) 4. Hydrochloric acid (HCl 37 %, Grade AR)

3.1.3 วตถดบ แกลบขาว

www.ssru.ac.th

9

3.2 วธการดาเนนการวจย

โครงการวจยนแบงการศกษาออกเปน 4 ตอน ไดแก การเตรยมแกลบขาว การสกดซลกาจากแกลบขาว การเตรยมโซเดยมซลเกต (Sodium silicate) จากซลกาแกลบขาว และการสงเคราะหซโอไลต LSX

3.2.1 การเตรยมแกลบขาว

นาแกลบขาวมาแยกสงแปลกปลอมทปะปนมาออกดวยมอ แลวนาไปลางดวยนาประปาหลายๆ ครง เพอไลฝน จากนนนาไปอบทอณหภม 100 องศาเซลเซยส (°C) เปนเวลา 3 ชวโมง เมอครบตามเวลาทกาหนดกนาไปสกดตอในขนตอไป 3.2.2 การสกดซลกาจากแกลบขาว

ชงแกลบขาว 100 กรม ใสขวดกนกลมแลวเตมสารละลาย HCl เขมขน 3.0 โมลาร (M) ปรมาตร 500 มลลลตร (ml) ลงในขวดกนกลมขนาด 1000 ml ทาการรฟลกซทอณหภม 70°C เปนเวลา 3 ชวโมง นาแกลบทผานการรฟลกซแลวไปลางดวยนาปะปาจน pH เปนกลาง และอบใหแหงทอณหภม 100 °C เปนเวลา 3 ชวโมง จากนนนาไปเผาทอณหภม 500°C เปนเวลา 6 ชวโมง จะไดของแขงสขาวออกมาแลวนาไปวเคราะหคณลกษณะดวยเทคนค XRD และ FTIR

3.2.3 การเตรยม Sodium silicate จากซลกาแกลบขาว

ชงซลกาทไดจากแกลบขาว 135 กรม ละลายใน 14% w/w ของ NaOH 500 ml กวนจนละลายเมอละลายจะได Sodium silicate เพอนาไปสงเคราะหซโอไลตในขนตอไป

3.2.4 การสงเคราะห Zeolite LSX เตรมเจลใหมอตราสวนเทากบ 5.5 Na2O : 1.65 K2O : AI2O3 : 2.2 SiO2 : 122 H2O โดย

การละลาย Sodium aluminates 22.37 กรมในนากลน 30 กรม (สาร A) และละลาย Potassium hydroxide 21.53 กรม กบ Sodium hydroxide 31.09 กรม ในนากลน 70 กรม (สาร B) จากนนนาสาร A และ สาร B ผสมกนจนเปนเนอเดยวกน (สาร C) และเตมสารละลายผสมระหวาง sodium silicate solution 46.0 กรม กบนากลน 71.8 กรม ผสมจนเขากนจะไดเจลทมลกาณะสขาวขนเหมอนนม จากนนแบงสารละลายเปน 2 สวน เพอนาไปตกผลกในภาชนะแตกตางกน ตกผลกขวด PP จะเรยกวา Zeolite LSX (A) และ ตกผลกใน Teflon-lined autoclave จะเรยกวา Zeolite LSX (B)) ทอณหภม 70°C เปนเวลา 3 ชวโมง เมอครบตามเวลาทกาหนดแลวใหเพมอณหภมและเวลาเปน 100°C เปนเวลา 2 ชวโมง นามากรองและลางดวยนากลนจน pH เทากบ10 แลวลางดวย 0.01 M NaOH นาไปอบท 100°C เปนเวลา 3 ชวโมง แลวนาไปวเคราะหคณลกษณะดวย XRD BET SEM XRF และ FT-IR

www.ssru.ac.th

บทท 4

ผลของการวจย

4.1 การวเคราะหคณลกษณะทางกายภาพและทางเคมของซลกา แกลบขาวกอนการรฟกซจะมลกษณเปนเมด สเหลองออน เมอนาเผาทอณหภม 500°C จะไดเถาทมลกษณะสเทา หลงจากททาการรฟกซแกลบขาวดวยกรด HCl ทอณหภม 70°C นาน 3 ชวโมง แกลบขาวจะเปลยนสจากสเหลองไปเปนสดา ซงเกดจากการไฮโดรไลซสกรด HCl เมอนาแกลบขาวททาการรฟกซแลวไปลางจน pH เปนกลาง แลวนาไปเผาทอณหภมเดยวกนกบสถาวะขางตน พบวาจะไดเถาสขาว ดงภาพท 4.1 เมอนาเถาทไดมาคดเปนเปอรเซนตดงตารางท 4.1 พบวาแกลบทผานการรฟกซจะใหเปอรเซนตเถาสงกวาแกลบขาว อาจเนองมาจากสารประกอบไฮโดรคารบอนถกทาลายไประหวางการรฟกซ

กอนการรฟลกซ(ซาย) หลงการรฟลกซ (ขวา)

ภาพท 4.1 ลกษณะทางกายภาพของแกลบขาวกอนและหลงการรฟลกซ

กอนเผา

หลงเผา

www.ssru.ac.th

11

ตารางท 4.1 เปอรเซนตเถาของแกลบขาวกอนรฟลกซและหลงรฟลกซ

แกลบขาว เปอรเซนตเถา (%)

กอนรฟลกซ 13

หลงรฟลกซ 17

เมอนาเถาแกลบสขาวไดจากการเผาแกลบทผานการรฟกซไปวเคราะหคณลกษณะดวยเครอง XRD และ FTIR จากภาพท 4.2 แสดง XRD สเปคตรม ของเถาแกลบขาวทไดจากการเผาแกลบขาวทผานการรฟกซทอณหภม 500°C นาน 6 ชวโมง จะพบพกทมลษณะกวางอยในชวงทประมาณ 22° เปนพกเอกลกษณของซลกาอสณฐาน

ภาพท 4.2 XRD สเปคตรมของเถาแกลบขาวทไดจากการเผาแกลบขาว ทผานการรฟกซทอณหภม 500°C นาน 6 ชวโมง

www.ssru.ac.th

12

ภาพท 4.3 FT-IR สเปคตรมของเถาแกลบขาวทไดจากการเผาแกลบขาว

ทผานการรฟกซทอณหภม 500°C นาน 6 ชวโมง จากภาพท 4.3 FTIR ทวเคราะหซลกา ซงจะปรากฏพคดงน คอ พคแรกพบท 3462 cm-1 แสดงการสนของ O–H stretching ตาแหนงตอไปพบท 473 cm-1 แสดงการสนของ Si–O–Si bending ตาแหนงตอไปทพบท 808 cm-1 แสดงการสนของ Si–O–Si symmetric stretching และตาแหนงสดทายพบท 1094 cm-1 แสดงการสนของ Si–O–Si asymmetric stretching จานวนพคทเกดชนทงหมดเปนหมฟงกชนกทเปนเอกลกษณเฉพาะของซลกา ซงใหผลสอดคลองกบ XRD ทาใหสามารถบอกไดการสกดแกลบขาวดวยกรด แลวเผาเพอกาจดสวนทเปนไฮโดรคารบอนออกไปจะได ซลกาออกมาเปนผลตภณฑทจะสามารถนาไปใชในการสงเคราะหซโอไลตในขนตอไปได

www.ssru.ac.th

13

4.2 การวเคราะหคณลกษณะทางกายภาพและทางเคมของซโอไลต LSX

จากการสงเคราะหซโอไลตจากซลกาแกลบขาวทสกดไดนน ไดแบงซโอไลตออกเปน 2 ชนดคอ 1. LSX-A เปนซโอไลต ททาการตกผลกในขวด PP 2. LSX-B เปนซโอไลต ททาการตกผลกใน Teflon-lined autoclave

จากนนนาซโอไลตทไดทงสองชนดไปทาการวเคราะหดวยเครองมอตาง ๆ ทงหมดน เครอง XRD, FTIR, SEM และ BET

จากภาพท 4.4 แสดง XRD สเปคตรมซโอไลตททาการสงเคราะหขนทงสองชนด LSX-A LSX-B และซโอไลตมาตรฐานนน พบวาสเปคตรมทไดปรากฏพคทมเอกลกษณเฉพาะตวของซโอไลตและมตาแหนงพคตรงกนกบซโอไลตมาตรฐาน จะใหพกทมความเปนผลกสงทสดประมาณ 6° เมอนาไปคานวณหาขนาดผลกโดยใชสมการเชอรเรอร พบวา LSX-B มขนาดผลกใหญกวา LSX-A และมขนาดผลกใกลเคยงกบซโอไลตมาตรฐาน เมอนาวเคราะหหาพนทผวดวยเทคนค BET พบวา LSX-B มพนทผวสงกวา LSX-A อาจเปนไปไดวาการสงเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล ตองอาศยภาชนะทสามารถรบแรงดนไอนาเกดขนระหวางการสงเคราะห การสงเคราะหโดยใช Teflon-lined autoclave จงเปนวธทเหมาะสมในการสงเคราะหซโอไลต

ภาพท 4.4 XRD สเปคตรมของ LSX-A, LSX-B และ NaX-STD

LSX-A

NaX-STD

LSX-B

www.ssru.ac.th

14

ตารางท 4.2 ขนาดของผลกและพนทผวของซโอไลต LSX-A, LSX-B และ NaX-STD ตารางท 4.3 องคประกอบของธาตตางๆ ในซโอไลต

ธาต LSX-A (%) LSX-B (%) O 48.49 53.69 Na 9.53 7.29 Al 16.73 15.11 Si 22.67 21.76 K 2.58 2.15

จากตารางท 4.3 แสดงองคประกอบของซโอไลต LSX-A และ LSX-B ทมองคประกอบของ Si และ Al ใกลเคยงกบอตราสวนทใชในการสงเคราะห

ชนด ขนาดผลก (nm) พนทผว (m2/g)

LSX-A 99.26 239

LSX-B 102.88 286

LSX-STD 102.88 -

www.ssru.ac.th

15

LSX-A (ซาย) LSX-B (ขวา) ภาพท 4.5 ภาพถาย SEM การกระจายตวของอนภาคซโอไลต LSX-A และ LSX-B

f e

d c

b a

7,500

1,000 1,000

7,500

20,000 20,000

www.ssru.ac.th

16

จากรปท 4.5 แสดงภาพถาย SEM การกระจายตวของผลกซโอไลต LSX รป a และ b ทกาลงขยาย 1,000 เทา จะเหนไดวาผลกทเกดขนจะม 2 แบบ คอ แบบท 1 มลกษณะคลายดอกกหลาบหรอเรยกวา Spherulite และแบบท 2 เปนผลกเลกๆทมลกษณะกลมหลายขนาดหรอเรยกวา Amorphous สวนภาพ c และ d เปนภาพทกาลงขยาย 7,500 เทา เปนภาพขยายของ Spherulite มขนาด 3.75 ไมโครเมตร (µm) 4.42 µm ตามลาดบ และ ภาพ e, f เปนภาพทกาลงขยาย20,000 เทา ซงเปนภาพขยายของ Amorphousมขนาด10 µm, 10.5 µm ตามลาดบ

รปท 4.6 FT-IR สเปคตรมของซโอไลต LSX-A และ LSX-B

LSX-A

LSX-B

www.ssru.ac.th

17

จากรปท 4.6 FT-IR ทวเคราะหซโอไลต LSX-A และ LSX-B ซงจะปรากฏพคดงน คอ พคแรกพบทประมาณ 3478 cm-1 แสดงการสนของ O–H stretching ตาแหนงตอไปพบท 456 cm-1 แสดงการสนของ Si-O-Si bending ตาแหนงตอไปทพบท 741 cm-1 แสดงการสนของ Si–O–Si symmetric stretching และตาแหนงสดทายพบท 978 cm-1 แสดงการสนของ Si-O-Si asymmetric stretching จานวนพคทเกดชนทงหมดเปนหมฟงกชนกทเปนเอกลกษณเฉพาะของซโอไลตทง 2 ชนด ซงใหผลสอดคลองกบ XRD ทาใหสามารถบอกไดวธการสงเคราะหทโอไลตทสามารถสงเคราะหซโอไลตทมหมฟงกชนเหมอนกน

www.ssru.ac.th

บทท 5

สรปผลการศกษาและขอเสนอแนะ

5.1 สรปผลการศกษา

ซลกาทเตรยมไดจากแกลบขาวดวยการสกดดวยกรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 3 โมลาร มความบรสทธสงและใชเปนสารตงตนในการสงเคราะหซโอไลต X (LSX) ภาชนะทใชในการตกผลกสงผลตอลกษณะผลกและพนทผวของซโอไลต ซโอไลต LSX ทสงเคราะหไดจากการตกผลกใน Teflon-lined autoclave จะใหขนาดผลกและพนทผวสงกวาการตกผลกในขวด PP ซงมขนาดผลก 102.88 นาโนเมตร มรปราง multi-faceted spherulite และมพนทผว 286 ตารางเมตรตอกรม 5.2 ขอเสนอแนะในการทาวจยในอนาคต

ควรศกษาความสามารถในการดดซบของซโอไลต เพอทจะสามารถนาไปใชเปนตวดดซบโลหะหนกชนดตางๆ และแนวทางการเพมประสทธภาพสงผลตอการดดซบ

www.ssru.ac.th

บรรณานกรม

1. จตพร วทยาคณ และ นรกษ กฤดานรกษ. การเรงปฏกรยาพนฐานและการประยกต.พมพครงท1.

สานกพมพ มหาวทยาลยธรรมศาสตร พฤศจกายน 2547 ดร.สรลกษณ เจยรากร. การศกษาองคประกอบทางเคมของแกลบขาวและเถาแกลบขาว. สานก

จดการคณภาพนา กรมควบคมมลพษ ๒๕๕๔ 2. M. Ludvig. Low-silica Type X (LSX). Elsevier Science B.V. All rights reserved. 2001. Pongtanawat Khemthong. Synthesis and characterization of zeolite LSX form rice

husk silica. Received: Jun 14, 2007; Suranaree J. Sci. Technol. 14(4):367-379 3. Ye Yaping. Synthesis of pure zeolites from supersaturated silicon and aluminum

alkali extracts from fused coal fly ash. Fuel 87 (2008) 1880–1886 4. Yalçin, N. and Sevinç V. Studies on silica obtained from rice husk. Ceramics

International (2001) 27, 219-224. 5. Grisdanurak N., Chiarakorn S., and Wittayakun J. Utilization of Mesoporous

Molecular Sieves Synthesized from Natural Source Rice Husk Silica to Chlorinated Volatile Organic Compounds (CVOCs) Adsorption. Korean Journal of Chemical Engienering, (2003) 20(5), 950-955.

6. Sun, L. and Gong, K. Silicon-based material from rice husks and their applications. Industrial Engineering Chemistry Research (2001) 40, 5861-5877.

7. Huang, S., Jing S., Wang, J., Wang, Z. and Jin, Y. Silica white obtained from rice husk in fluidized bed. Powder Technology (2001) 117, 232-238.

8. Kordatos, K., Gavela, S., Ntziouni, A., Pistiolas, K.N., Kyritsi, A. and Kasselouri-Rigopoulou, V. Synthesis of highly siliceous ZSM-5 zeolite using silica from rice husk ash. Microporous and Mesoporous Materials (2008) 115, 189-196.

9. Khemthong, P., Wittayakun, J. and Prayoonpokarach, S. Synthesis and characterization of zeolite LSX from rice husk silica. Suranaree Journal of Science and Technology (2007) 14, 367-739.

10. Wittayakun, J., Khemthong, P., and Prayoonpokrach, S. Synthesis and characterization of zeolite Y from rice husk silica. Korean Journal of Chemical Engineering (2008) 25, 861-864.

11. Walton, K. S., Abney, M. B., LeVan, M. D., CO2 adsorption in Y and X zeolites modified by alkali metal cation exchange. Microporous and Mesoporous Materials (2006) 91, 78-84.

www.ssru.ac.th

12. Chatterjee, A., Ebina, T., Iwasaki T., Mizukami, F., Chlorofluorocarbons adsorption structures and energetic over faujasite type zeolites-a first principle study. Journal of Molecular Structure (Theochem) (2003) 630, 233-242.

www.ssru.ac.th

ประวตผเขยน

นางสาวจตรลดา ชม ประวตการศกษา

2552-2553 นกวจย (Postdoctoral research) ทมหาวทยาลยธรรมศาสตร รงสต ระยะเวลา 1 ป ชองานวจย: การสงเคราะหสารประกอบประเภทซลกาเพอใชในการดดซบกาซไฮโดเจนคลอไรด และไวนลคลอไรด (Siliceous material synthesis for adsorption of hydrogen chloride and vinyl chloride gases)

2547-2552 ปรญญาเอก วทยาศาตรดษฎบณฑต (เคม) มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร ประเทศไทย ชองานวจย: การเตรยม วเคราะหลกษณะ และการใชเปนตวรองรบตวเรงปฏกรยาแพลทนมและโลหะเหลกของ RH-MCM-41 และ RH-AlMCM-41 (Preparation, characterization and utilization as support materials for catalysts containing platinum and iron of RH-MCM-41 and RH-AlMCM-41)

2542-2546 ปรญญาตร วทยาศาสตรบณฑต (เคม) มหาวทยาลยอบลราชธาน จงหวดอบลราชธาน ประเทศไทย ชองานวจย: การสกดซลกาจากแกลบขาวโดยใชกรดผสมระหวางไฮโดรคลอรกและไนตรก (Extraction of silica from rice husk by using mixed HCl and HNO3 acids)

ตาแหนงและสถานททางานปจจบน

อาจารยประจาสาขาวชาเคม คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยราชภฏสวนสนนทา

www.ssru.ac.th