Please use this identifier to cite or link to this item: https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/32724
Title: Carbon monolith from rf gels and lignocellulosic materials from agricultural wastes
Other Titles: คาร์บอนโมโนลิทที่เตรียมจากอาร์เอฟเจลและลิกโนเซลลูโลสที่ได้จากของเหลือทางการเกษตร
Authors: Rittikrai Nammoonsin
Advisors: Nattaporn Tonanon
Adisak Siyasukh
Other author: Chulalongkorn University. Faculty of Engineering
Advisor's Email: Nattaporn.T@Chula.ac.th
No information provided
Subjects: Agricultural wastes
Lignocellulose
Carbon monolith
ของเสียทางการเกษตร
ลิกโนเซลลูโลส
คาร์บอนโมโนลิท
อาร์เอฟเจล
Issue Date: 2011
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: In this work, the dissolution and regeneration of lignocellulosic residues from agricultural wastes have been studied. First, the optimal condition of a solvent (NaOH/H2O2) for dissolving lignocellulosic residues (rice straw, kapok, luffa and betel palm) has been investigated. Furthermore, all lignocellulosic solutions are regenerated with 2 M H2SO4. The regeneration of the lignocellulosic solution from betel palm fiber yields the most lignocellulosic material (LCM). The fractions of the obtained lignocellulosic material are 34.51% of lignin and 65.39% of hemicelluloses. Besides, the lignocellulosic material from betel palm fiber is used to prepare carbon gels by mixing with resorcinol-formaldehyde (RF) and the carbon monoliths are obtained by carbonization with N2.This work focuses on the effect of lignin, hemicelluloses and lignocellulosic material as well as the initial pH of mixed gel solutions on porous properties and pore structure of carbon monolith. The comparison of the porous properties and pore structure of carbon monolith prepared from RF-lignocellulosic material gels (C-LCM) and RF-lignin-hemicellulose gels (C-LH) is investigated. Moreover, carbon monoliths prepared from RF-lignin gels (C-L) and RF-hemicellulose gels (C-H) have also been studied. The nitrogen adsorption-desorption results show that addition of lignin can lead to increasing SBET and total pore volume of carbon monoliths (from 333 m2/g to 482 m2/g and from 0.23 m3/g to 0.98 m3/g, respectively). In addition, the porous structure of carbon monolith prepared from RF can be varied from microporous to mesoporous structure when lignin is added to RF (for C-L 4:1). Furthermore, it was found that the initial pH has an effect on cross-linking between lignin and RF as well as the diameter of the nodules on the structure of carbon monolith. This meso-/microporous carbon monolith preparation is more convenient than other methods such as using a hard template of inorganic material and etc. Hence, this work will provide a promising way to use natural resources as a raw material to prepare the hierarchical carbon monoliths.
Other Abstract: งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาการละลายและรีเจนเนอเรทวัสดุลิกโนเซลลูโลสจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกตษร ในขั้นแรกได้ทำการศึกษาหาสภาวะความเข้มข้นที่เหมาะสมของตัวทำละลายผสมระหว่างโซเดียมไฮดรอกไซด์และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่จะใช้สำหรับทำการละลายเศษวัสดุลิกโนเซลลูโลส (ฟางข้าว, นุ่น, ใยบวบ, กาบหมาก) ซึ่งพบว่าที่ความเข้มข้นของโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้นร้อยละ 8 โดยมวลและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ความเข้มข้นร้อยละ 10 โดยมวล สามารถทำการละลายเศษวัสดุลิกโนเซลลูโลสได้ดีที่สุด นอกจากนี้สารละลายลิกโนเซลลูโลสทั้งหมดได้ถูกนำมาทำการีเจนเนอเรทด้วยกรดซัลฟิวริคความเข้มข้น 2 โมลต่อลิตร ซึ่งพบว่าวัสดุลิกโนเซลลูโลสที่รีเจนเนอเรทได้จากเส้นใยกาบหมากมีปริมาณมากที่สุด โดยประกอบด้วยลิกนินร้อยละ 34.51 และเฮมิเซลลูโลสร้อยละ 65.39 นอกจากนั้นยังได้มีการนำเอาวัสดุลิกโนเซลลูโลสที่รีเจนเนอเรทได้จากกาบหมากมาเตรียมคาร์บอนโมโนลิทที่มีรูพรุนแบบลำดับขั้นโดยนำมาผสมกับสารละลายรีโซซินอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ (อาร์-เอฟ) ได้เป็นเจลผสม อาร์-เอฟ-ลิกโนเซลลูโลส แล้วนำไปผ่านกระบวนการคาร์บอไนเซซั่น ในการศึกษาได้มีการเปรียบเทียบคุณสมบัติและโครงสร้างรูพรุนของคาร์บอนโมโนลิทที่ได้มาจากการคาร์บอไนเซซั่น อาร์-เอฟ-ลิกโนเซลลูโลส เจล กับ อาร์-เอฟ-ลิกนิน-เฮมิเซลลูโลส เจล (โดยใช้อัตราส่วนลิกนินและเฮมิเซลลูโลสในปริมาณเท่ากันกับที่มีอยู่ในวัสดุลิกโนเซลลูโลส) นอกจากนี้ ยังได้มีการเตรียมคาร์บอนโมโนลิทที่ได้จากการคาร์บอไนเซซั่น อาร์-เอฟ-ลิกนิน เจล และ อาร์-เอฟ-เฮมิเซลลูโลส เจล เพื่อนำมาเป็นข้อมูลในการเปรียบเทียบอีกด้วย โดยในงานวิจัยนี้ได้มีการศึกษาผลของปริมาณสารละลายลิกนิน เฮมิเซลลูโลสและลิกโนเซลลูโลสที่เติมเข้าไปผสมกับสารละลาย อาร์-เอฟ และค่าพีเอชในช่วงแรกของการเตรียมสารละลายผสม ที่มีผลต่อโครงสร้างรูพรุนของคาร์บอนโมโนลิทที่เตรียมได้ ผลการศึกษาพบว่า เมื่อมีการเติมสารละลายลิกนินเข้าไปในปริมาณที่เหมาะสมจะทำให้ค่าพื้นที่ผิวและปริมาตรรูพรุนรวมของคาร์บอนโมโนลิทเพิ่มขึ้นจาก 333.23 ตารางเมตรต่อกรัม ไปเป็น 482.00 ตารางเมตรต่อกรัมและ 0.22 ลูกบาศก์เมตรต่อกรัม ไปเป็น 0.98 ลูกบาศก์เมตรต่อกรัม ตามลำดับ และมีผลอย่างมากต่อโครงสร้างรูพรุนของคาร์บอนโมโนลิทที่เตรียมได้ โดยสามารถเปลี่ยนโครงสร้างรูพรุนของคาร์บอนที่ได้จากการคาร์บอไนเซซั่น อาร์-เอฟ เจล เพียงอย่างเดียวจากเดิมที่มีโครงสร้างรูพรุนแบบลำดับขั้นของไมโครพอร์บนแมคโครพอร์ไปเป็นคาร์บอนที่มีโครงสร้างรูพรุนแบบลำดับขั้นของเมโซพอร์บนแมคโครพอร์ นอกจากนี้ยังพบอีกว่าค่าพีเอชเริ่มต้นมีผลต่อการเกิดปฎิริยาระหว่างลิกนินกับอาร์-เอฟ และมีผลต่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคในโครงสร้างของคาร์บอนโมโนลิทด้วย ซึ่งจากการเตรียมคาร์บอนโมโนลิทด้วยวิธีนี้ พบว่ามีความง่ายในการปรับขนาดโครงสร้างรูพรุนของคาร์บอนโมโนลิทเมื่อเทียบกับวิธีการเตรียมด้วยวิธีอื่นๆ เช่น การลอกแบบโครงสร้างรูพรุนแบบลำดับขั้นจากวัสดุอินทรีย์ที่ใช้เป็นเทมเพลต ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงได้นำเสนอวิธีการเตรียมคาร์บอนโมโนลิทที่มีโครงสร้างรูพรุนแบบลำดับขั้นแบบใหม่โดยใช้วัสดุจากธรรมชาติที่มีราคาถูกมาใช้เป็นวัสดุตั้งต้นในการเตรียมคาร์บอนโมโนลิทร่วมกับรีโซซินอล-ฟอร์มาลดีไฮด์
Description: Thesis (M.Eng.)--Chulalongkorn University, 2011
Degree Name: Master of Engineering
Degree Level: Master's Degree
Degree Discipline: Chemical Engineering
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/32724
URI: http://doi.org/10.14457/CU.the.2011.1372
metadata.dc.identifier.DOI: 10.14457/CU.the.2011.1372
Type: Thesis
Appears in Collections:Eng - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
rittikrai_na.pdf2.39 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.