การดูดซับและการคืนสภาพถ่านกัมมันต์ที่อิ่มตัวด้วยไพริดีนหรือฟีนอลโดยใช้ปฏิกิริยาออกซิเดชันด้วยน้ำวิกฤต

Abstract

ในปัจจุบันน้ำเสียที่ปนเปื้อนด้วยสารประกอบอินทรีย์เป็นปัญหาสิ่งแวดล้อมที่สำคัญ การดูดซับด้วยถ่านกัมมันต์สามารถที่ใช้ดูดซับสารอินทรีย์ที่อยู่ในน้ำเสีย อย่างไรก็ตามก่อนที่ถ่าน กัมมันต์จะหมดสภาพในการดูดซับอาจจำเป็นที่จะต้องหาถ่านกัมมันต์มาทดแทนหรือนำกลับมาใช้ ใหม่ เทคนิคการออกซิเดชันด้วยน้ำเหนือภาวะวิกฤต (Supercritical water oxidation) เป็นเทคนิคที่ใช้อุณหภูมิและความดันเหนือจุดวิกฤตของน้ำเพื่อที่จะทำให้สารประกอบอินทรีย์ที่เป็นพิษและอยู่ในน้ำเสียสลายตัวได้อย่างสมบูรณ์ ในงานวิจัยนี้ ได้มีการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์เป็นแบบกะ (Batch reactor) เพื่อที่จะใช้ในการสลายตัวของสารประกอบอินทรีย์จำพวก ไพริดีน (Pyridine) หรือ ฟีนอล (Phenol) และถ่านกัมมันต์ที่อิ่มตัวไปด้วยสารละลายไพริดีนหรือฟีนอล อุณหภูมิเหนือน้ำวิกฤตที่ใช้ คือ 400, 450, 525 องศาเซลเซียสและความดัน 25 เมกะปาสคาล (MPa) โดยเติมหรือไม่เติมไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้าร่วมในการทำปฏิกิริยา การศึกษาคุณสมบัติของถ่านกัมมันต์ทางการค้าทั้งสอง คือ CAL และ COCO จะประกอบไปด้วยการศึกษาหาพื้นที่ผิว, ปริมาตรรูพรุน และการกระจายตัวของรูพรุน โดยใช้วิธี BET พบว่า CAL มีพื้นที่ผิวและรูพรุนระดับเมโซมากกว่า COCO เล็กน้อยและมีการดูดซับแก๊สไนโตรเจนเป็นแบบที่ 1 โดยรูพรุนส่วนใหญ่จะเป็นรูพรุนระดับไมโคร การดูดซับไพริดีนนั้น COCO มีการดูดซับที่ดีกว่า CAL ส่วนการดูดซับฟีนอลนั้นพบว่ามีการดูดซับเกือบเท่ากัน ในการคืนสภาพถ่านครั้งแรกและครั้งที่สองของ CAL และ COCO ที่ใช้ในการดูดซับไพริดีนพบว่า ประสิทธิภาพในการนำถ่านกลับมาใช้ใหม่เมื่อเปรียบเทียบกับครั้งเริ่มต้น คือ 122/81% และ 69/68% ตามลำดับ ส่วนของฟีนอล คือ 98/93% และ 79/96% ตามลำดับ หลังจากการคืนสภาพแล้วพบว่ารูพรุนของถ่านกัมมันต์มีขนาดกว้างมากขึ้น พื้นที่ผิวลดลง ยกเว้นของ COCO ที่ดูดซับไพริดีนพบว่าเมื่อผ่านการคืนสภาพครั้งที่ 1 แล้วมีพื้นที่ผิวมากขึ้น อนึ่งผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่ได้จากการเกิดปฏิกิริยาของสารทั้งสองชนิดโดยส่วนใหญ่ประกอบไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ส่วนไพริดีนพบว่ามีแก๊สไนโตรเจนเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายด้วย