no-09-The Journal 3-2008 · 2011-04-20 · อินดิเคเตอร์ ได้ผลการทดลองตามรูปที่ 3 2.4 การหาสภาวะที่เหมาะสมในการเตรียมเมทิล

70

วารสารวิชาการพระจอมเกล้าพระนครเหนือ ปีที่ 18 ฉบับที่ 3 ก.ย. - ธ.ค. 2551 The Journal of KMUTNB., Vol. 18, No. 3, Sep - Dec. 2008

บทบาทของเคลย์กัมมันต์ในการเปลี่ยนน้ำมันปาล์มเป็นเมทิลเอสเทอร์

The Role of Activated Clays on the Conversion of Palm Oil into

Methyl Esters

ธิรดา รอดเสียงลั้ง* และ สุรินทร์ เหล่าสุขสถิตย์**

บทคัดย่อ การลดความหนืดน้ำมันปาล์ม สามารถทำได้โดย

เปลี่ยนให้เป็นเอสเทอร์ที่มีหมู่อัลคิลโซ่สั้นเพื่อให้เหมาะนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ดีเซล การวิจัยนี้ได้ทำการเปลี่ยนน้ำมันปาล์มให้เป็นเมทิลเอสเทอร์โดย กระบวนการทรานสเ์อสเทอรฟิเิคชนั โดยใชเ้คลย ์2 ชนดิ คือ Refined Kaolinite TK25 และ Trufeed Bentonite จากนัน้กระตุน้ดว้ยโซเดยีมไฮดรอกไซด ์กรดไฮโดรคลอรกิ กรดไนตริก และกรดซัลฟิวริก โดยใช้น้ำมันปาล์มกับเมทานอล ในอตัราสว่น 1:35.5, 1:67 และ 1:100 โดยโมล การทดลองทีไ่ดท้ำการปรบัเปลีย่นทัง้เวลา และวเิคราะห ์ หาปริมาณเมทิลเอสเทอร์ด้วย HPLC พบว่าเมื่อใช้ Trufeed Bentonite 10 กรัม กระตุ้นด้วยกรดซัลฟิวริก 2.5 โมลาร์ เป็นเวลา 4 ชั่วโมง เวลาในการทำปฏิกิริยา 8 ชั่วโมง ที่อัตราส่วน 1:35.5 โดยโมลของน้ำมันปาล์มต่อเมทานอล ให้เมทิลเอสเทอร์ร้อยละ 74.8 ส่วนเคลย์ทัง้สองชนดิเมือ่ผา่นการกระตุน้ดว้ยโซเดยีมไฮดรอกไซด ์กรดไฮโดรคลอริก และกรดไนตริก พบว่าไม่เหมาะใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันในขอบเขตที่ทำการศึกษา

คำสำคัญ : เมทลิเอสเทอร ์ เคลย ์ทรานสเ์อสเทอรฟิเิคชนั

ไบโอดีเซล

* อาจารย์ ภาควิชาวิทยาศาสตร์ประยุกต์และสังคม วิทยาลัยเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

** รองศาสตราจารย์ ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ประยุกต์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

Abstract

Viscosity of palm oil could be decreased by the

conversion of the palm oil into its short chain alkyl

esters, which ware more appropriate to be used as a

diesel engine fuel. In this work, the conversion of

palm oil into methyl esters was carried out by a

transesterification method that used sodium

hydroxide, hydrochloric acid, nitric acid, and sulfuric

acid activated clays (e.g. Refined Kaolinite TK25 and

Trufeed Bentonite) as transesterification catalysts.

Palm oil and methanol in the ratios of 1:35.5, 1:67

and 1:100 by mole were used as the starting materials

and the products were analyzed by HPLC. Time and

concentrations of acids for the catalyst activation

processes were investigated. It was found that 10 g of

Trufeed Bentonite activated with 2.5 M of sulfuric

acid for 4 hours. A reaction time of 8 hours, palm oil

and methanol in the ratio of 1:35.5 by mole gave

74.8% of the methyl esters. Clays activated with

sodium hydroxide hydrochloric acid and nitric acid

were found not suitable catalysts in this purpose.

Keywords : Methyl Ester, Clays, Transesterification,

Biodiesel

71


1. บทนำ เนื่องจากปัจจุบันน้ำมันดีเซลจากปิโตรเลียมเป็น

หนึ่งในรูปแบบของเชื้อเพลิงที่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อระบบการคมนาคมขนส่งของประเทศ แต่เนื่องด้วยวัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตน้ำมันดีเซล เป็นทรัพยากรตามธรรมชาติซึ่งใช้แล้วหมดไป และประเทศไทยต้องนำเข้าน้ำมันปิโตรเลียมจากต่างประเทศเกือบทั้งหมด ส่งผลให้ประเทศไทยต้องเสียดุลการค้า [1] แต่เนื่องด้วยประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรม และมีการผลิตปาล์มน้ำมันเป็นจำนวนมากโดยเฉพาะในแถบภาคใต้ จึงได้มีแนวความคิดที่จะนำเอาวัตถุดิบทางการเกษตรที่มีอยู่ภายในประเทศมาแปรรูปเป็นน้ำมันไบโอดีเซล เพื่อเป็นการทดแทนการนำเข้าน้ำมันดิบบางส่วน [1],[2] ซึ่งน้ำมันไบโอดีเซลมีข้อดีคือ ก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศนอ้ยกวา่นำ้มนัจากปโิตรเลยีม การผลตินำ้มนัไบโอ ดีเซลเป็นกระบวนการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของน้ำมันพืชที่เป็นไตรกลีเซอไรด์ (Triglyceride) ไปเปน็สารประกอบทางเคมขีองกรดไขมนั และกลเีซอรอล จึงเป็นทางเลือกที่น่าสนใจ สำหรับการผลิตไบโอดีเซลจากน้ำมันที่ใช้แล้ว จึงเป็นการช่วยลดจำนวนการใช้ซ้ำของน้ำมันพืชในครัวเรือนซึ่งช่วยลดอันตรายจากสาร ก่อมะเร็งและช่วยรักษาสภาพแวดล้อมให้ดีขึ้นด้วย นอกจากนี้ยังสามารถช่วยลดงบประมาณของประเทศได้เป็นจำนวนมากแล้ว ยังช่วยเพิ่มมูลค่าผลผลิตทางการเกษตรของไทยไม่ให้ตกต่ำ [3]

ในปี ค.ศ.1984 Freedmanc และคณะ [4] ศึกษากระบวนการผลิตอัลคิลเอสเทอร์ระหว่างเมทานอลและน้ำมันพืช โดยใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา พบว่าเงื่อนไขในการทำปฏิกิริยาที่เหมาะสมคือ อุณหภูมิของปฏิกิริยาสูงกว่า 60 oC และอัตราส่วนเมทานอลต่อน้ำมันพืช คือ 6:1 และในปี 1999 Canakci และ Gerpen [5] ศกึษาปฏกิริยิาทรานสเ์อสเทอรฟิเิคชนั โดยใช้กรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งพบว่าน้ำมันพืชที่มีค่ากรดไขมันอิสระสูง (มีผลต่อความสมบูรณ์ของสังเคราะห์เป็นเอสเทอร์) เช่น น้ำมันปาล์มเหมาะกับตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดกรด และพบว่าที่ 48 ชั่วโมง อุณหภูมิ

60oC ที่ 3% โดยน้ำหนักของกรดซัลฟิวริกได้ความบริสุทธิ์เอสเทอร์ 87% ถ้าเพิ่มความเข้มข้นเป็น 5% โดยน้ำหนักของกรดซัลฟิวริก ได้ความบริสุทธิ์เอสเทอร์ เป็น 95% แต่ถ้าลดอุณหภูมิเป็น 25oC และ 45oC ได้ความบริสุทธิ์เอสเทอร์ 8.3% และ 57% ตามลำดับ แต่การใช้ตัวเร่งปฏิกิรยาที่เป็นเฟสเดียวกับสารตั้งต้น จะยุ่งยากในการแยกตัวเร่งปฏิกิริยาออก

โดยทั่วไปมีการใช้เบส และกรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งมีน้ำเกี่ยวข้อง (เพราะใช้น้ำเป็นตัวทำละลาย) ซึ่งมีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ ทำให้ผลผลิตลดลง [6]-[9] ดงันัน้งานวจิยันีจ้งึศกึษาตวัเรง่ปฏกิริยิาทีเ่ปน็เฟส ของแข็งในปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน ระหว่างน้ำมันปาล์มกับเมทานอล โดยใช้เคลย์ที่ผ่านการกระตุ้นด้วยกรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโดยไม่มีน้ำ (เนื่องจากเคลย์ได้อบไล่น้ำออกไปแล้ว) เคลย์ที่ ใช้มี 2 ชนิด คือ Refined Kaolinite TK25 และ Trufeed เนื่องจากเคลย์เป็นแร่อะลูมิโนซิลิเกตมีปริมาณของ Al2O3 มาก ภายในโครงสร้างเป็นรูพรุน และมีพื้นที่ผิวจำเพาะ รวมทั้งมีโครงสร้างผิวด้านนอกเป็นขั้วลบ ส่งผลให้เคลย์มีความสามารถในการแลกเปลี่ยนประจุบวก [10]-[12]

สำหรับงานวิจัยนี้เพื่อศึกษาประสิทธิภาพของเคลย์ ในการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันระหว่างน้ำมันปาล์มและเมทานอล พร้อมทั้งศึกษาสภาวะที่เหมาะสมของปฏิกิริยา

2. การทดลอง 2.1 การปรับปรุงคุณภาพเคลย์โดยการกระตุ้นด้วยสารละลาย กรดหรอืเบส (Acidic or Base-Activated

Clays)

กระตุ้นเคลย์ด้วยสารละลายซึ่งใช้ทั้งสารละลายกรดและเบส โดยใช้ 10 และ 20 กรัมของเคลย์ที่ผ่านการแคลไซน์ (Calcined) ที่อุณหภูมิ 550oC นาน 3-4 ชัว่โมง จากนัน้นำมาแชใ่นสารละลายโซเดยีมไฮดรอกไซด ์และสารละลายกรด 3 ชนิด คือ กรดไฮโดรคลอริก กรดไนตริก และกรดซัลฟิวริกแล้วนำไปกรองแบบลดความดันเพื่อเก็บตะกอนเคลย์ที่อยู่ส่วนบนกรวยกรอง

72


นำไปอบไล่ความชื้นที่อุณหภูมิ 110oC ทิ้งไว้ข้ามคืน จากนัน้ปรบัเปลีย่นเวลาทีใ่ชก้ระตุน้ (ตารางที ่1) ปรมิาณเคลย ์(รูปที่ 1) และความเข้มข้นของสารละลายที่เป็นตัวแทนศึกษา (รูปที่ 2)

2.2 การหาปริมาณกรดที่ถูกดูดซับบนเคลย์

โดยนำสารละลายส่วนล่างที่เหลือจากการกรองแบบลดความดัน (ในตอนที่ 2.1) ทำการไทเทรตกับสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เพื่อหาปริมาณกรดที่หายไปด้วยเทคนิค Back-titration สำหรับเคลย์ที่กระตุ้นด้วยเบส จะหาปริมาณเบสที่ถูกดูดซับโดยทำการไทเทรตกับสารละลายกรดไฮโดรคลอริกด้วยวิธี Back-titration เช่นกัน

2.3 การหาค่าความเป็นกรดที่ผิวหน้าของเคลย์ (Acidity Surface)

นำเคลยท์ีไ่ดจ้ากขัน้ที ่2.1 เปน็ตวัแทนของการศกึษา โดยใช ้0.5 กรมั ทำใหอ้ิม่ตวัดว้ยการแชใ่น 0.1 M NaOH กวนตลอดเวลานาน 30 นาที จากนั้นนำไปไทเทรต กับ 0.05 M H2SO4 [13] โดยใช้ฟีนอร์ลฟทาลีนเป็น อินดิเคเตอร์ ได้ผลการทดลองตามรูปที่ 3

2.4 การหาสภาวะที่เหมาะสมในการเตรียมเมทิลเอสเทอร์จากน้ำมันปาล์มและเมทานอล

ศึกษาการเตรียมเมทิลเอสเทอร์จากปฏิกิริยา ทรานส์เอสเทอริฟิเคชันในขอบเขตสเกลเล็กๆ โดยจัดตั้งอุปกรณ์รีฟลั๊กซ์ (Reflux) และในขั้นตอนนี้เป็นการศึกษาการปรับเปลี่ยนปัจจัยต่างๆ ที่อยู่ในขอบเขตที่ทำการศึกษา คือปริมาณของตัวเร่งปฏิกิริยา (10 และ 20 กรัม เคลย์กัมมันต์) อัตราส่วนระหว่างน้ำมันปาล์มกับเมทานอล (1:35.5 1:67 และ 1:100 โดยโมล ซึ่งค่าเฉลี่ยมวลโมเลกุลของไตรกลีเซอไรด์น้ำมันปาล์ม เท่ากับ 846.23 g/mol และมีความหนาแน่น 0.92 g/mL [14]-[16]) และเวลาทีใ่ชท้ำปฏกิริยิาทรานสเ์อสเทอรฟิเิคชนั (1-8 ชั่วโมง) ดังนี้

การหาสภาวะที่เหมาะสมของการเตรียมเมทิลเอส

เทอร์ และอนพุนัธก์ลเีซอไรดจ์ากปฏกิริยิาทรานสเ์อสเทอ- ริฟิเคชัน โดยการปรับเปลี่ยนปัจจัยที่ทำการศึกษา โดยบรรจุเคลย์กัมมันต์ 10 กรัม น้ำมันปาล์มที่ผ่านการอุ่น 30 นาที ปริมาตร 20 mL และเมทานอล 120 mL ลงในชุดปฏิกรณ์ ให้ความร้อนและกวนตลอดเวลา จากนั้นทำการเก็บสารละลายผสมจากปฏิกิริยาทุกๆ 1 ชั่วโมง เพื่อติดตามขอบเขตของการเกิดปฏิกิริยาจนครบ 8 ชั่วโมง โดยใช้ TLC เปรียบเทียบกับสารตั้งต้น (น้ำมันปาล์ม) และสารละลายมาตรฐานเมทิลเอสเทอร์ ในระบบของตัวทำละลายผสม ปิโตรเลียมอิเทอร์ ไดเอทิลอีเทอร์ และแกลเชียลอะซิติกที่อัตราส่วน 80:20:1 โดยปริมาตร เป็นเฟสเคลื่อนที่ [17] ตรวจสอบองค์ประกอบของสารต่างๆ โดยอบในโถไอโอดีน จากนั้นทดลองโดยปรับเปลี่ยนปริมาณเคลย์กัมมันต์ (10 และ 20 กรัม) ปริมาตรน้ำมันปาล์มต่อปริมาตรเมทานอล (30 mL:90 mL และ 60 mL:90 mL) ตามลำดับ

2.5 การวิเคราะห์ปริมาณเมทิลเอสเทอร์ด้วย High Performance Liquid Chromatography (HPLC)

[17]

• เฟสคงที่ (Stationary Phase) คอลัมน์ Pheno-

menex Luna 5 μ C18 (เป็นคอลัมน์แบบรีเวิร์สเฟส) • เฟสเคลื่อนที่ (Mobile Phase) ใช้ Gradient

Elution คือ ในตอนเริ่มต้นใช้เมทานอล:น้ำ (อัตราส่วน 90:10)และสุดท้ายจะเปลี่ยนเป็น เมทานอล:น้ำ และสารละลายผสม 2-โพรพานอล:เฮกเซน (อัตราส่วน 5:4 โดยปริมาตร ในสัดส่วน 45:5:50 ตามลำดับ)

• เครื่องตรวจ (Detectors) ยูวี-วิสิเบิล ดีเทคเตอร์ (UV-VIS Detectors) ที่ความยาวคลื่น 205 นาโนเมตร

• เวลา (Run Time) 45 นาที • อัตราการไหล (Flow Rate) 1 mL/นาที • การหาปรมิาณสาร วธิ ีNormalization Standard

ตามวิธี AOCS Official Method Ce 5b-89 [18] โดยเทยีบกบั Retention Time สารละลายมาตรฐานทีส่ภาวะ เดยีวกนั (กรดไขมนัอสิระ โมโนกลเีซอไรด ์ ไดกลเีซอไรด ์

73


ไตรกลีเซอไรด์ และเมเทิลเอสเทอร์ ได้แก่ Methyl

Laurate, Methyl Myristate, Methyl Palmitate,

Methyl Oleate และ Methyl Stearate)

• การเตรียมสารตัวอย่าง นำสารตัวอย่างระเหยเมทานอลออกจากนั้นปิเปต 0.1 mL สารตัวอย่างผสมกับสารละลายผสม 2-โพรพานอล:เฮกเซนที่อัตราส่วน 5:4 โดยปรมิาตร จากนัน้กรองแลว้นำไปฉดีในชอ่งฉดีสาร

2.6 การหาผลติภณัฑอ์ืน่ทีต่ดิมากบัผลผลติทีค่าดหวงั

โดยนำผลผลิตที่ได้ระเหยเอาเมทานอล และนำไปผสมกับสารละลายผสม 50% เฮกเซน:50% น้ำกลั่น กวนแล้วตั้งทิ้งไว้ให้แยกชั้น นำส่วนที่เป็นน้ำล้างในแต่ละครั้งทำการไทเทรตกับ 0.1 M NaOH จากนั้นวัดค่า pH ด้วย pH Meter จน pH เป็นกลาง [17], [19]

2.7 การหาค่าความจุในการแลกเปลี่ยนประจุบวกของเคลย์ (Cation Exchange Capacity: CEC) [20]

นำเคลย์กัมมันต์ 4 กรัม บรรจุในหลอด Centrifuge เติม NaOAc แล้วนำไป Centrifuge จนตกตะกอน นำสารละลายส่วนที่ใสทิ้ง ทำซ้ำ 3 ครั้ง จากนั้นเติม NH4OAc เก็บสารละลายส่วนที่ใสบรรจุในขวดวัดปริมาตร 100 mL แล้วปรับปริมาตรจนครบ 100 mL วิเคราะห์หาปริมาณ Na โดยใช้ Flame Photometer ได้ผลดังตารางที่ 4

2.8 วิเคราะห์ลักษณะพื้นที่ผิวอนุภาคผงโดยวิธี BET (Brunauer, S., Emmett, P. H., and Teller) [21]

โดยนำเคลย์ที่ยังไม่ผ่านการกระตุ้นประมาณ 0.2

กรัม ไปผ่านการ Pretreament ที่ 350oC ทิ้งไว้ข้ามคืนในบรรยากาศไนโตรเจน จากนั้นนำไปติดตั้งที่เครื่อง BEL- Mini–Sorption เติมไนโตรเจนเหลว จากนั้นทำการดูดซับไนโตรเจนที่ความดัน 1 บาร์ ใส่ข้อมูลที่จำเป็นลงในส่วนประมวลผลข้อมูล เครื่องจะทำการประมวลผลให้โดยอัตโนมัติ ทำการทดลองเหมือนเดิมแต่เปลี่ยนเป็นเคลย์กัมมันต์ที่เป็นตัวแทนที่ใช้ในการศึกษา

3. ผลการทดลองและวิจารณ์ผลการทดลอง 3.1 การปรับปรุงคุณภาพเคลย์โดยการกระตุ้นด้วยสารละลาย

จากการทดลองกระตุ้นเคลย์ด้วยสารละลาย 2 ประเภทคือ สารละลายเบส NaOH และประเภทกรด อีก 3 ชนิด พบว่าสารละลายเบสไม่สามารถดูดซับบนเคลย์ทั้ง 2 ชนิดได้ เนื่องจากสมบัติทางกายภาพของโครงสร้างของเคลย์ที่ ไม่ดูดซับไอออนบวก และมีลักษณะผิวหน้าเป็นกรด เมื่อนำเคลย์มากระตุ้นด้วยเบส จึงทำให้เคลย์มีลักษณะเป็นกลางจึงไม่สามารถเร่งปฏิกิริยาได้ [10], [18], [21], [22] จากนั้นนำไปกระตุ้นด้วยกรดทั้ง 3 ชนิดคือ HCl, HNO3 และ H2SO4 พบว่าเมื่อทำการกระตุ้นเคลย์ด้วย HCl, HNO3 จะมีความเป็น กรดที่ผิวหน้าเคลย์เล็กน้อย คือ 0.1118 กรัม และ 0.1211 กรมั เมือ่นำไปใชเ้ปน็ตวัเรง่ปฏกิริยิา ซึง่กรดทัง้ 2 ชนิดนี้มีความแรงของกรดไม่เพียงพอที่จะเร่งปฏิกิริยาในขอบเขตที่ทำการศึกษา สำหรับกรด H2SO4

แสดงผลการดูดซับกรดได้ดี (ตารางที่ 1) แต่สามารถเกิดการดูดซับได้เพียงเฉพาะเคลย์ชนิดเบนโทไนต์เท่านั้น เนื่องจากเคโอลิไนต์มีสมบัติทางกายภาพของโครงสร้างไม่เอื้อต่อการดูดซับสาร ซึ่งจากงานวิจัยของ Smiith [21] และ Odom [23] กล่าวว่าเคโอลิไนต์มีโครงสร้างของการรวมตัวแบบ 1:1 ของชั้นออกตะ ฮีดรอล:เตตระฮีดรอล ในแต่ละชั้นของโครงสร้างมีแรงยึดเหนี่ยวที่แข็งแร็งกว่าโครงสร้างของเบนโทไนต์ จึงไม่มีสมบัติยืดหยุ่น และเคโอลิไนต์ไม่มีช่องว่างระหว่างชั้น เป็นแบบแคทไอออน (Interlayer Cation) จึงไม่มีส่วนที่ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนไอออน ในทางตรงกันข้ามเบนโทไนต์มีโครงสร้างของการรวมตัวแบบ 2:1 โดยมีชั้นเตตระฮีดรอลแทรกในระหว่างชั้นออกตะฮีดรอลทั้งสอง ทำให้ประกบกันแบบแซนวิช ซึ่งทำให้เกิดแรงดึงดูดเป็นแรงวานเดอร์วาลส์อ่อนๆ รวมทั้งยังมีส่วนของแคทไอออนอยู่ระหว่างชั้น และพื้นที่ผิวโดยรวมยังเป็นกรด จึงสามารถกระตุ้นให้มีความเป็นกรดมากขึ้นได้ [10], [12], [21]

74


( ) 0.5 M H2SO4

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

5

6

7

8

9

10

4 h actavate5 h activate6 h activate7 h activate8 h activate

1 0.5 M H2SO4

(10 )

: BcS0.5 W10t2 ; Bc

S0.5 0.5 M , W10 10 t2 2

1 8

6 4-8

5 10, 15 20 0.5 M H2SO4

1

1 0.5 MH2SO4

1

15 20 [18, 22, 24]

(h)

(g)

(%)

BcS0.5 W10t2 2 0.5 4.9BcS0.5 W10t4 4 0.9 8.9BcS0.5 W10t6 6 0.9 9.0BcS0.5 W10t8 8 0.9 8.9

[18,22,24]

[25] 10 0.25, 0.5 , 1.0, 2.0, 3.0 4.0 M H2SO4. 4

2

2 H2SO4

(10 4 )H2SO4

NaOH

3

H2SO4

H2SO4

H2SO4

0 1 2 3 4 5

0

5

10

15

20

25

ตารางที่ 1 ผลการดูดซับ 0.5 M H2SO4 บนเคลย์ชนิดเบนโทไนต์ (10 กรัม)

สัญลักษณ์

ของเคลย์กัมมันต์

ที่ใช้ทดลอง

เวลาที่ใช้

กระตุ้น (h)

ปริมาณ

กรดที่ถูก

ดูดซับ (g)

รอ้ยละกรด

ที่เกิดการ

ดูดซับ

(%)

BcS 0.5 W10t2 2 0.5 4.9

BcS 0.5 W10t4 4 0.9 8.9

BcS 0.5 W10t6 6 0.9 9.0

BcS 0.5 W10t8 8 0.9 8.9

หมายเหต ุ BcS 0.5 W10t2; Bc แทน เบนโทไนตท์ีแ่คลไซน ์ S0.5 แทน 0.5 M กรดซัลฟิวริก W10 แทน 10 กรัม เบนโทไนต์ t2 แทน เวลา 2 ชั่วโมง

จากตารางที่ 1 จะเห็นว่าร้อยละของการดูดซับ กรดของเคลย์เบนโทไนต์จะเพิ่มตามเวลา และเกือบคงที่หลังชั่วโมงที่ 8 แต่จะคงที่ที่สุดที่ชั่วโมงที่ 6 ดังนั้นจึงเลือกใช้เวลากระตุ้นเคลย์ที่ 4-8 ชั่วโมงเป็นตัวแทนในการศึกษา จากนั้นปรับเปลี่ยนปริมาณเบนโทไนต์ คือ 5,

10, 15 และ 20 กรัม กระตุ้นใน 0.5 M H2SO4 ซึ่งจะให้ผลการทดลองดังที่แสดงในรูปที่ 1

จากรปูที ่1 พบวา่เมือ่เพิม่ปรมิาณเบนโทไนตร์อ้ยละ ของการดูดซับเพิ่มขึ้นด้วยเช่นกัน อาจเนื่องมาจากปริมาณเบนโทไนต์เพิ่มขึ้น ส่งผลให้มีพื้นที่ผิวเพิ่มตามไปด้วยจึงสามารถดูดซับกรดได้มากขึ้น แต่ถ้าใช้ปริมาณเบนโทไนต์มากเกินไป คือ 15 และ 20 กรัม จะทำให้เกิดความหนืด ซึ่งสอดคล้องกับงานวิจัย [18],

[22], [24] ที่ได้กล่าวว่าเบนโทไนต์มีสมบัติบวมน้ำและยืดหยุ่นสูง จึงส่งผลให้เบนโทไนต์เมื่อใช้มากจะมีความหนืดมาก กรดจึงกระจายได้ไม่ทั่วถึงพื้นผิว การดูดซับกรดจึงเริ่มคงตัว และเมื่อพิจารณาเวลาที่ใช้กระตุ้นเบนโทไนต์ เมื่อเพิ่มเวลาในการกระตุ้นให้ร้อยละการดูดซับต่างกันไม่มากนัก ปฏิกิริยาระหว่างกรดและเบนโทไนต์ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง โดยกรดจะทำลายโครงสร้างผลึก จะเริ่มกัดกร่อนจากบริเวณส่วนรอบนอกเข้ามา

ภายในโครงสรา้งของผลกึ ทำใหร้พูรนุและพืน้ทีผ่วิเพิม่ขึน้ [18], [22], [24] แต่ถ้าใช้เวลาในการกระตุ้นมากเกินไปจะทำให้รูพรุนมีขนาดใหญ่เกินไปไม่สามารถดูดซับ กรดไวไ้ด ้[25] ดงันัน้จงึเลอืกใชเ้บนโทไนต ์10 กรมั กระตุน้ ดว้ย 0.25, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0 และ 4.0 M H2SO4 เปน็เวลา 4 ชัว่โมงในการทดลองตอ่ไป ซึง่ผลแสดงตามรปูที ่2

จากนั้นได้ทำการศึกษาหาปริมาณกรดที่พื้นผิวเบนโทไนต์ โดยทำให้อิ่มตัวในสารละลาย NaOH แล้วทำการไทเทรตหาปริมาณเบสที่หายไป พบว่าให้ผลดังแสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 1 ความสมัพนัธร์ะหวา่งเบนโทไนต ์ทีก่ระตุน้ดว้ย 0.5 M H2SO4 กบัรอ้ยละของกรดทีเ่กดิการดดูซบั

( ) 0.5 M H2SO4

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

5

6

7

8

9

10

4 h actavate5 h activate6 h activate7 h activate8 h activate

1 0.5 M H2SO4

(10 )

: BcS0.5 W10t2 ; Bc

S0.5 0.5 M , W10 10 t2 2

1 8

6 4-8

5 10, 15 20 0.5 M H2SO4

1

1 0.5 MH2SO4

1

15 20 [18, 22, 24]

(h)

(g)

(%)

BcS0.5 W10t2 2 0.5 4.9BcS0.5 W10t4 4 0.9 8.9BcS0.5 W10t6 6 0.9 9.0BcS0.5 W10t8 8 0.9 8.9

[18,22,24]

[25] 10 0.25, 0.5 , 1.0, 2.0, 3.0 4.0 M H2SO4. 4

2

2 H2SO4

(10 4 )H2SO4

NaOH

3

H2SO4

H2SO4

H2SO4

0 1 2 3 4 5

0

5

10

15

20

25

รูปที่ 2 ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของกรด H2SO4 ทีใ่ชก้ระตุน้เบนโทไนต ์(10 กรมั ทีเ่วลา 4 ชัว่โมง) กบัรอ้ยละของการดดูซบักรด H2SO4

75


H 2SO4

10 (4 ) 8

H 2SO4 (M)

0 1 2 3 4 5

0

10

20

30

40

50

60

70

Surface Acidity 10 H2SO4

H2SO4

0 1 2 3 4 5

Meq

/ 1

00

g o

f C

lay

0

20

40

60

80

100

120

140

3 Surface Acidity (10 4 ) H2SO4

3 Meq / 100 g of

clay

0.25 – 1 M 1- 4 M

( : H+ ) [11,21]

3.2

3.2.1 H2SO4

(ME) (MG) (DG) (TG)

2 ( 2 )

30 : 90 mL 1: 67

8 TLC ( )

High Performance Liquid Chromatography (HPLC) MethylLaurate, Methyl Myristate, Methyl Palmitate Methyl Oleate

Methyl Stearate AOCS Official Method Ce 5b- 89 (1997) HPLC

( 4 )

4H2SO4 10 (4 )

8

3.2.2

-

10 2, 2.5 3 M H2SO4

6,7 8 HPLC 5

จากรูปที่ 3 พบว่าเมื่อเพิ่มความเข้มข้นร้อยละ Meq/100 g of Clay ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน โดยจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงแรก คือช่วงความเข้มข้น 0.25-1 M และช่วง 1-4 M จะเพิ่มขึ้นอีกเล็กน้อย เนื่องมาจากการแทนทีข่องไอออนตา่งๆ ภายในโครงสรา้งของเบนโทไนต์ แทนที่ด้วยวาเลนต์ซี่ไม่เท่ากัน ส่งผลให้โครงสร้าง ไม่สมดุลและมีประจุลบ เพื่อทำให้โครงสร้างเป็นกลางจึงมีไอออนบวก (จากกรด: H+) จากภายนอกมาเกาะทั้งบริเวณรอบนอกและภายในช่องว่างระหว่างหน่วย [11],

[21] จากนั้นได้นำเบนโทไนต์ที่ผ่านการกระตุ้นด้วยกรดไปศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมไปใช้ในในการเตรียมเมทิลเอสเทอร์จากน้ำมันปาล์ม

3.2 การหาสภาวะที่เหมาะสมในการเตรียมเมทิลเอสเทอร์จากน้ำมันปาล์ม

3.2.1 ผลความเข้มข้นของกรด H2SO4 ที่มีต่อปริมาณเมทิลเอสเทอร์ (ME) โมโนกลีเซอไรด์ (MG) ไดกลีเซอไรด์ (DG) และไตรกลีเซอไรด์ (TG)

เนื่องจากงานวิจัยนี้ไม่ได้นำกรดมาเร่งปฏิกิริยาโดยตรง แต่นำมาดูดซับบนเคลย์แล้วนำเคลย์มาเร่งปฏิกิริยา โดยนำเบนโทไนต์จากการเตรียมตามการทดลองที่ 2 (ดูรูปที่ 2) ศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมใน

การเตรียมเมทิลเอสเทอร์ โดยใช้อัตราส่วนระหว่างน้ำมันปาล์มกับเมทานอล คือ 30:90 mL หรือ 1:67 โดยโมล ณ อุณหภูมิรีฟลักซ์เป็นเวลา 8 ชั่วโมง ติดตามขอบเขตของปฏิกิริยาโดยใช้ TLC (เทียบกับน้ำมันปาล์มที่ใช้ตั้งต้น) จากนั้นนำไปหาปริมาณผลผลิตโดยวิธี High Performance Liquid Chromatography

(HPLC) โดยเทียบกับสารละลายมาตรฐาน Methyl

Laurate, Methyl Myristate, Methyl Palmitate Methyl

Oleate และ Methyl Stearate โดยศึกษาตามวิธีของ AOCS Official Method Ce 5b-89 (1997) นำผลที่ได้จากการวิเคราะห์ด้วย HPLC สามารถนำไปหาร้อยละของผลผลิตเมทิลเอสเทอร์ (ดูรูปที่ 4)

3.2.2 ผลของเวลาทีม่ตีอ่ปรมิาณเมทลิเอสเทอร ์

โมโนกลีเซอไรด์ ไดกลีเซอไรด์ และไตรกลีเซอไรด์ เวลาเป็นปัจจัยอีกตัวหนึ่งในการทำปฏิกิริยา

ทรานส์ เอสเทอริฟิ เคชันเพื่อผลิตเมทิลเอสเทอร์ เนื่องจากปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาแบบสมดุล จากการทดลองทราบว่าเมื่อเพิ่มเวลาในการทำปฏิกิริยาสมดุลของปฏิกิริยาจะเลื่อนไปทางผลิตภัณฑ์มากขึ้น ในช่วงแรกๆ พบว่ามีปริมาณไตรกลีเซอไรด์ ไดกลีเซอไรด์ และโมโนกลีเซอไรด์มาก เมื่อเวลาเพิ่มขึ้นสารอนุพันธ์

รูปที่ 3 ปริมาณ Surface Acidity ของเบนโทไนต์ (10 กรมั ที ่4 ชัว่โมง) ทีผ่า่นการกระตุน้ดว้ย H2SO4

H 2SO4

10 (4 ) 8

H 2SO4 (M)

0 1 2 3 4 5

0

10

20

30

40

50

60

70

Surface Acidity 10 H2SO4

H2SO4

0 1 2 3 4 5

Meq

/ 1

00

g o

f C

lay

0

20

40

60

80

100

120

140

3 Surface Acidity (10 4 ) H2SO4

3 Meq / 100 g of

clay

0.25 – 1 M 1- 4 M

( : H+ ) [11,21]

3.2

3.2.1 H2SO4

(ME) (MG) (DG) (TG)

2 ( 2 )

30 : 90 mL 1: 67

8 TLC ( )

High Performance Liquid Chromatography (HPLC) MethylLaurate, Methyl Myristate, Methyl Palmitate Methyl Oleate

Methyl Stearate AOCS Official Method Ce 5b- 89 (1997) HPLC

( 4 )

4H2SO4 10 (4 )

8

3.2.2

-

10 2, 2.5 3 M H2SO4

6,7 8 HPLC 5

รูปที่ 4 ร้อยละของเมทิลเอสเทอร์กับความเข้มข้นต่างๆ ของกรด H2SO4 ที่ใช้กระตุ้น 10 กรัม เบนโทไนต ์ (4 ชัว่โมง) กบัรอ้ยละเมทลิเอสเทอร ์ ที่เกิดขึ้น ณ เวลาที่เกิดปฏิกิริยา 8 ชั่วโมง

76


กลีเซอรอลเหล่านี้จะถูกเปลี่ยนไปเป็นเมทิลเอสเทอร์และกลีเซอรอล โดยนำเงื่อนไขที่ 10 กรัม เบนโทไนต์ผ่านการกรตุ้นด้วย 2, 2.5 และ 3 M H2SO4 มาทดลองซ้ำในเวลา 6, 7 และ 8 ชั่วโมง จากนั้นนำไปวิเคราะห์หาปริมาณเมทิลเอสเทอร์ด้วย HPLC ผลการทดลองดังแสดงในรูปที่ 5

จากรูปที่ 5 แสดงให้เห็นว่าแนวโน้มของร้อยละเมทิลเอสเทอร์เพิ่มตามเวลาที่ใช้ทำปฏิกิริยา ทุกความเข้มข้นของกรด H2SO4 พบว่ามีแนวโน้มเพิ่มตามเวลาเช่นกัน จากการทดลองพบว่าปริมาณเมทิลเอสเทอร์ที่สูงในการทดลองเท่ากับร้อยละ 80 จากนั้นผู้วิจัยจึงเลือกเวลาในการทำปฏิกิริยาที่ 8 ชั่วโมง ศึกษาการปรับ เปลี่ยนอัตราส่วนระหว่างน้ำมันปาล์มกับเมทานอล เพื่อหาสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตเมทิลเอสเทอร์ต่อไป

3.2.3 ผลของปริมาณเมทานอลต่อปริมาณ

เมทิลเอสเทอร์ ไตรกลีเซอไรด์ ไดกลีเซอไรด์ โมโนกลีเซอไรด์

โดยทำการศึกษาการปรับเปลี่ยนอัตราส่วนระหว่างน้ำมันปาล์มต่อเมทานอลที่ 1:35.5, 1:67 และ 1:100 โดยโมล ซึ่งให้ผลการทดลองตามรูปที่ 6

จากรูปที่ 6 แสดงปริมาณเมทานอลที่มีต่อร้อยละ

ของเมทานอล พบว่าเมื่อปริมาณเมทานอลเพิ่ม ร้อยละของเมทิลเอสเทอร์เพิ่มขึ้นเช่นกัน เนื่องจากปริมาณเมทานอลจะช่วยผลักดันให้ปฏิกิริยาไปทางด้านผลผลิตมากขึ้น เพราะเมื่อเวลาเพิ่มขึ้นความร้อนจะทำให้เกิดจากการสลายตวัของไตรกลเีซอไรด ์ มปีรมิาณนำ้เพิม่ขึน้ และจะเข้ามาแข่งขันเพื่อเกิดปฏิกิริยากับเอสเทอร์ เกิดเป็นสบู่ ทำให้ร้อยละของผลผลิตลดลงได้ แต่ถ้าใช้ปริมาณเมทานอลที่มากเกินพอ ภายในระบบจะมีปริมาณเมทานอลที่เพียงพอต่อการเกิดปฏิกิริยา ทำให้ปฏิกิริยาไปข้างหน้าหรือไปทางด้านผลผลิตได้ดีขึ้น และน้ำจึงไม่มีผลไปแข่งขันในการทำปฏิกิริยาทำให้เกิดสบู่ สำหรับอัตราส่วนระหว่างน้ำมันปาล์ม ต่อเมทานอล 1:35.5 โดยโมล ของน้ำมันปาล์มต่อเมทานอลให้ร้อยละเมทิลเอสเทอร์ที่สูงกว่าที่อัตราส่วน 1:67 โดยโมล อาจเป็นเพราะปริมาณกรดที่ถูกดูดซับบนเบนโทไนต์ที่ใช้เปน็ตวัเรง่ปฏกิริยิา พบวา่ทีอ่ตัราสว่น 1:35.5 มกีารดดูซบั มากกว่าอัตราส่วน 1:67 แต่ปริมาณเมทิลเอสเทอร์ ของการทดลองทั้ง 3 ชุดการทดลองไม่ได้แตกต่างกันมากจนมีนัยสำคัญ ถึงแม้ว่าที่อัตราส่วน 1:100 โดยโมล ให้ร้อยละผลผลิตที่สูง แต่สิ้นเปลืองปริมาณเมทานอล

3.3 การหาปริมาณกรด (เบส) ที่ติดมากับผลผลิต

ขั้นตอนนี้มีความสำคัญ ถ้าเมทิลเอสเทอร์ที่ผลิต

รูปที่ 5 ความสมัพนัธร์ะหวา่งเวลาทีใ่ชใ้นการทำปฏกิริยิา ของ 10 กรมัเบนโทไนตท์ีก่ระตุน้ดว้ยกรด H2SO4 ที่ความเข้มข้นต่างๆ

(h)

5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

2 M H2SO4

2.5 M H2SO4

3 M H2SO4

5 10 H2SO4

5H2SO4

80 8

3.2.3

1:35.5 , 1:67 1:100 6

6 8

6

1: 35.5

1 : 67

1: 35.5 1: 67

3 1 : 100

3.3 ( )

( ) ( )

pH 2 3 2

() (M)

(M)1 2 3 4 5 6

2 0.05 0.04 0.02 0.01 0.00 -2.5 0.06 0.04 0.02 0.01 0.01 0.00

0

20

40

60

80

100

1: 35.5 1: 67 1: 100

(h)

5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

2 M H2SO4

2.5 M H2SO4

3 M H2SO4

5 10 H2SO4

5H2SO4

80 8

3.2.3

1:35.5 , 1:67 1:100 6

6 8

6

1: 35.5

1 : 67

1: 35.5 1: 67

3 1 : 100

3.3 ( )

( ) ( )

pH 2 3 2

() (M)

(M)1 2 3 4 5 6

2 0.05 0.04 0.02 0.01 0.00 -2.5 0.06 0.04 0.02 0.01 0.01 0.00

0

20

40

60

80

100

1: 35.5 1: 67 1: 100

รูปที่ 6 รอ้ยละของเมทลิเอสเทอรแ์ละอตัราสว่นโดยโมล ของสารตัง้ตน้ ณ เวลาทีใ่ชท้ำปฏกิริยิา 8 ชัว่โมง

77


ได้มีความสะอาดไม่เพียงพอ โดยเฉพาะสารที่เป็นกรดจะมีผลต่อการกัดกร่อนของเครื่องยนต์ ดังนั้นจึงต้องนำผลิตผลเมทิลเอสเทอร์ที่เตรียมได้มาตรวจสอบปริมาณกรด (หรือเบส) ที่อาจจะติดมา โดยการล้างด้วยน้ำและตรวจสอบปริมาณกรด (หรือเบส) ที่ถูกชะไปในชั้นน้ำ ซึ่งทำได้โดยนำของผสมที่ได้จากปฏิกิริยาตั้งทิ้งไว้ในกรวยแยก โดยอาศัยความแตกต่างความเป็นขั้วและความหนาแนน่ จะเกดิการแยกชัน้ระหวา่งเมทลิเอสเทอร ์ กับกลีเซอรอล จากนั้นนำชั้นเมทิลเอสเทอร์มาล้างด้วยน้ำกลั่น แล้วนำน้ำล้างผลผลิตไปไทเทรตหาปริมาณกรดที่ติดมา และวัดค่า pH ซึ่งผลการทดลองดังแสดงในตารางที่ 2 และ ตารางที่ 3

ตารางที่ 2 ปริมาณกรดที่ติดมากับผลผลิต ความเข้มข้นของ

กรด (M)

ปริมาณกรดที่ติดมากับผลผลิต (ที่อยู่ในน้ำล้างผลผลิตในแต่ละครั้ง) (M)

ครั้งที่ 1 ครั้งที่ 2 ครั้งที่ 3 ครั้งที่ 4 ครั้งที่ 5 ครั้งที่ 6

2 0.05 0.04 0.02 0.01 0.00 -

2.5 0.06 0.04 0.02 0.01 0.01 0.00

3 0.07 0.05 0.03 0.01 0.01 0.00

ตารางที่ 3 จำนวนครั้งในการล้างผลผลิตจนเป็นกลาง (ที่ pH ประมาณ 7)

ปริมาณ เบนโทไนต์

(g)

ความเข้มข้นของกรด

H2SO4 (M)

จำนวนครั้งในการล้างผลผลิต

pH

10 2 5 6.9

2.5 6 7.1

3 6 6.9

จากตารางที่ 2 เป็นการติดตามปริมาณกรดที่ติดมากับผลผลิต พบว่าในครั้งแรกมีปริมาณกรดมากและใช้เวลาในการรอให้เมทิลเอสเทอร์กับกลีเซอรอลแยกชั้น ประมาณ 30-40 นาที แต่ครั้งหลังๆ ใช้เวลาน้อยลง จากนั้นนำน้ำล้างในครั้งที่ 5 หรือ 6 ในแต่ละการทดลองมาวัด pH ซึ่งแสดงตามตารางที่ 3 พบว่าที่ความเข้มข้น

2, 2.5 และ 3 M H2SO4 ให้ผลการล้างผลผลิตแทบ ไม่แตกต่างกัน ทั้งจำนวนครั้งในการล้างและค่า pH เนื่องจากปริมาณกรดที่ดูดซับบนเบนโทไนต์มีค่า ใกล้เคียงกัน

3.4 ศึกษาสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของเคลย์

3.4.1 การหาค่าความจุในการแลกเปลี่ยนประจุบวกของเคลย์ (Cation Exchange Capacity:

CEC)

การหาค่าความจุในการแลกเปลี่ยนไอออนบวก เป็นวิธีแทนที่ไอออนบวกที่สามารถเกิดการแลกเปลี่ยนประจุบวกได้ ด้วยแอมโมเนียมอะซิเทต แล้วนำสารละลายไปวิเคราะห์หาปริมาณ Ca, Mg, Na และ K ด้วยเครื่อง Atomic Absorption Spectophotometer ดังแสดงในตารางที่ 4

ตารางที่ 4 ค่า Cation Exchange Capacity ของเคลย์

ชนิดเคลย์ ค่า CEC (Meq/100g Clay)

ก่อนกระตุ้น หลังกระตุ้น

เคโอลิไนต์ 17 15

เบนโทไนต์ 45 25

จากตารางที่ 4 พบว่าเคลย์ชนิดเคโอลิไนต์มีค่า CEC ต่ำกว่าเคลย์ชนิดเบนโทไนต์ จึงเป็นอีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เคโอลิไนต์ไม่เกิดการดูดซับกรด แต่เมื่อหลังกระตุน้มกีารดดูซบักรดไดบ้า้งเลก็นอ้ย ตา่งจากเบนโทไนต ์ ค่า CEC หลังการกระตุ้นลดลง แสดงให้เห็นว่า H+

จากกรดเข้าไปแทนที่ ซึ่งสอดคล้องกับทฤษฎีของโครงสร้างที่ได้อ้างไปแล้วตอนต้น [21], [23]

3.4.2 การหาค่า Specific Surface Area โดย

BET-Method

เป็นการศึกษาการหาพื้นที่ผิว ปริมาตรและขนาดของรูพรุนของสาร โดยอาศัยหลักในการวัดปริมาตรของแก็สไนโตรเจนเข้าไปแทนที่ในรูพรุน รวมทั้งเคลือบส่วน

78


ที่ เป็นรูพรุนของสารนั้น นำผลที่ได้ไปคำนวณหาปริมาตร และพื้นที่ผิวของรูพรุนในอนุภาคนั้น ซึ่งแสดงในตารางที่ 5

ตารางที่ 5 ผลการวิเคราะห์ลักษณะพื้นที่ผิวอนุภาค

ด้วยเครื่อง BEL-minisorp

ชนิดเคลย์ ค่าพื้นที่ผิว (m2/g)

ปริมาตรของรูพรุน (cc/g)

ค่าเฉลี่ยของขนาดของ

รูพรุน (nm)

เคโอลิไนต์ก่อนกระตุ้น

6.38 0.06 37.53

เคโอลิไนต์หลังกระตุ้น

32.42 0.14 17.35

เบนโทไนต์ก่อนกระตุ้น

33.90 0.11 12.67

เบนโทไนต์หลังกระตุ้น

91.57 0.20 8.91

จากตารางที่ 5 พบว่าเคลย์กัมมันต์ทั้ง 2 ชนิด มีพืน้ทีผ่วิและปรมิาตรรพูรนุทีแ่ตกตา่งกนัทัง้กอ่นกระตุน้และ หลังกระตุ้น เนื่องมาจากลักษณะทางกายภาพของเคลย์ทั้ง 2 ชนิดแตกต่างกันตามที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้น [21], [23] และหลังจากกระตุ้นด้วยกรดยังพบอีกว่าเคลย์เบนโทไนต์มีสีอ่อนลงกว่าเดิม เพราะกรดเข้าไปทำปฏิกิริยากับหล็กไอออน (Fe2+, Fe3+) และสารอินทรีย์ [18] ทำให้ Fe3+ หลุดออกจากโครงสร้าง โดยกรดเข้าไปทำลายโครงสร้างของเคลย์ที่ชั้นออกตะฮีดรอลในตำแหน่งที่เป็นไฮดรอกซี (OH–) และทำให้ Al3+ หลุดออกมาในรูปไอออนบวกของกรด ([Al2O3H]+ หรือ [Al4O6H]+ ซึ่งมีประจุรวมเท่ากับ +1) และเมื่อโครงสร้างในชั้นออกตะฮีดรอลถูกทำลายไปก็จะมีผลทำให้ชั้น เตตระฮดีรอลถกูทำลายไปดว้ย เพราะระหวา่งชัน้ออกตะ ฮีดรอลและชั้นเตตระฮีดรอล โครงสร้างที่ถูกทำลายจะเป็นบริเวณขอบรอบนอกเท่านั้น [18] ซึ่งเมื่อโครงสรา้งถกูทำลายกจ็ะทำใหเ้กดิความพรนุเพิม่ขึน้ดว้ย จะเห็นว่าพื้นที่ผิวจำเพาะของเคลย์เบนโทไนต์กับเคโอลิไนต์

ทั้งก่อนและหลังการทำปฏิกิริยากับกรดมีค่าต่างกันมาก โดยเคโอลิไนต์ก่อนทำปฏิกิริยากับกรดมีค่าพื้นที่ ผิวจำเพาะเพียง 6.38 m2/g หลังทำปฏิกิริยาเท่ากับ 32.42 m2/g สำหรับเบนโทไนต์มีพื้นที่ผิวจำเพาะ 33.90 m2/g และหลังทำปฏิกิริยาเท่ากับ 91.57 m2/g

4. สรุป

การกระตุ้นเบนโทไนต์ด้วย 2.5 M H2SO4 เป็นเวลา 4 ชั่วโมง แล้วนำไปเร่งปฏิกิริยาระหว่างน้ำมันปาล์มกับเมทานอลในอัตราส่วน 1:35.5 โดยโมล สามารถให้ร้อยละเมทิลเอสเทอร์ที่สูง คือให้ร้อยละเมทิลเอสเทอร์ เท่ากับ 74

เอกสารอ้างอิง [1] พนิดา ศิริบังเกิดผล, “ไบโอดีเซลพลังงานทดแทน

ในฝันของประเทศเกษตรกรรม,” วิทยาศาสตร์และเทคโนโลย,ี ปีที่ 11, หน้า 37-42, ก.ย.-ธ.ค. 2544.

[2] มทุติา ยนับรูพา, ลกัษณศ์กัดิ ์ พอดงีาม และ กญัจนา บณุยเกยีรต,ิ “ไบโอดเีซล (Biodiesel) จากนำ้มนัพชื 3 ชนิด,” วารสารวิทยาศาสตร,์ หน้า 78–84, มี.ค.-เม.ย. 2545.

[3] ชาคริต ทองอุไร และคณะ, “การผลิตไบโอดีเซลจากผลผลิตปาล์มน้ำมัน,” วารสารสงขลานครินทร์ วทท, ปีที่ 23, หน้า 831-841, ฉบับพิเศษ 2544.

[4] D. Freedman, et al., “Variables Affecting the

Yields of Fatty Esters from Transesterified

Vetgatable Oil,” J. Am. Oil. Chem. Soc., vol.

61, pp. 1638-1643, 1984.

[5] M. Canakci and J. V. Gerpen, “Biodiesel

Production via Acid Catalysis,” Transactions of

ASAE, vol. 42 pp. 1203-1210, 1999.

[6] D.M. Bacon, et al., “The use of vegetable oils

in straight and modified from as diesel engine

fuels,” In Beyond the Engergy Crisis, 4 (Third

Int’s Conf. On Energy Use Management, ed. R.

Fazzolate and C.B. Smith, New York: Pergamon

79


Press, 1981.

[7] E.f. Fort and P.N. Blumberg, “Vegetable Oil

Fuels,” In Proc. of the Int. Conf. on Plant and

Vegegatable Oil as Fuel, American Society of

Agricultural Engineers, 1982, pp. 4-82.

[8] G. Antolin, et al., “Optimisation of Biodiesel

Production by Sunflower Oil Transesterification,”

Bioresource Thecnology, vol. 83, pp. 111-114, 2002.

[9] J. G. Michae, et al., “Acid-Catalyzed Alcoholysis

of Soybean Oil, Summitted to 1/03,” J. Am.

Oil. Chem, (in reviewed).

[10] R.E. Grim, Clay Mineralogy, New York:

McGraw-Hill, 1968.

[11] ชาญ จรรยาวนิชย์, “เบนโทไนต์: เทคโนโลยีการผลิตและการทดสอบ,” เอกสารงานวิจัยและพัฒนา ฝ่ายแต่งแร่และใช้ประโยนชน์, กองการเหมืองแร่, กรมทรัพยากรธรณี, กรุงเทพฯ. 2534.

[12] S.D.J. Inglethrope, et al., “Industrial Minerals

Laboratory Manual Bentonite, Mineralogy and

Petrology Group,” British Geologecal Survey,

Nottingham: Keyworth, 1993. [13] K. Y. Mukesh, D. Chudasama. Chintansinh and

V. Jasra Raksh, “Isomerization of Pinene Using

Modified Montmorillonite Clays,” Journal of

Molecular Catalysis A: Chemica 1, vol. 216,

pp. 51-59.

[14] J. de. Graaf, “Composition;quality and end

used of palm oil,” Oil Palm Research, Chapter

34, pp. 493-503, 1976.

[15] วราภรณ์ วงศ์จันทรา, “การสังเคราะห์ไดเอสเทอร์เพื่อเป็นสารทำเครื่องหมายในเชื้อเพลิงดีเซลจากน้ำมันปาล์ม,” วิทยานิพนธ์วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต, จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2539.

[16] Sampling and Analysis of Commercial Fats and

Oils, “Triglyceride by Gas Chromatography,”

Am. Oil. Chem. Sec. Official Method Ce 5 - 86, 1997.

[17] โครงการสนับสนุนงานวิจัยร่วมภาครัฐและเอกชนในเชิงพาณิชย์ทบวงมหาวิทยาลัย, “การพัฒนาโรงงานต้นแบบผลิตไบโอดีเซล (เมธิลเอสเทอร์) เพือ่การวจิยัและการผลตินำรอ่งกอ่นสูเ่ชงิพาณชิย,์” สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ ดว้ยความรว่มมอืของมหาวทิยาลยัศรนีครนิทรวโิรฒ และบริษัทพลังงานชีวภาพ จำกัด, 2545.

[18] Individual Triglycerides in Oil and Fats by

HPLC., “Samping and Analysis of Commercial

Fats and Oils,” Am. Oil. Anal. Chem. Official

Method Ce 5c -93, 1997.

[19] M.J.NYE, Et al., “Conversion of Used Frying

Oil to Diesel Fuel by Transesterification:

Preliminary Test,” J. Am. Oil. Chem. Soc.,

vol.60, issue 8, pp. 1558-1600, August 1983.

[20] H.D. Chapman and P.F. Pratt, Method of

Analysis for Soils, Plant and Water, University

of California, 1961.

[21] K. Smith, Solid Supports and Catalysts in

Organic Synthesis, Chichester, UK: Ellis

Harward Ltd., 1992.

[22] มาฆบดี รวยทรัพย์, “การปรับปรุงเบนโทไนต์ด้วยกรดเพื่อฟอกสีน้ำมันถั่วเหลือง,” วิทยานิพนธ์วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต, ภาควิชาเคมี, คณะวิทยาศาสตร์, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, 2543.

[23] I.E. Odom, Smectite Clay Minerals: Properties

and Uses, London: Phil. Trans. R. Soc., 1984,

pp. 391-409. [24] เกศินี เหมวิเชียร, “รายงานเรื่องการใช้ดินเบนโท

ไนต์ฟอกสีน้ำมันพืช,” วิทยานิพนธ์วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต, ภาควิชาเคมี, คณะวิทยาศาสตร์, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, 2537.

[25] E. Srasra, et al., “Surface Properties of an

Activated Bentonite-Decolorization of Rape-

Seed Oils,” Applied Clay Science, vol. 4. pp.

411-421, 1989.

Documents

no-09-The Journal 3-2008 · 2011-04-20 · อินดิเคเตอร์ ได้ผลการทดลองตามรูปที่ 3 2.4 การหาสภาวะที่เหมาะสมในการเตรียมเมทิล