Application of Chitin in Textile Wastewater Treatment

การประยุกต์ใช้ไคตินในการบำบัดน้ำเสียจากโรงงานสิ่งทอ

Name: Niramol Sakkayawong

Name: นิรมล ศากยวงศ์

Organization : มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. คณะทรัพยากรชีวภาพและเทคโนโลยี. สาขาวิชาเทคโนโลยีชีวภาพ

keyword: Chitin

; Adsorption-diffusion Model

; Textile

; Wastewater Treatment

; Chitosan

; น้ำเสียสีสังเคราะห์

; การดูดซับแบบประจุ

; ไคติน

; ไคโตซาน

Abstract: Chitin and chitosan have capability for colour removal and reduce the COD concentration in synthetic reactive dye wastewater (SRDW). Therefore, this thesis studied the effect of the initial pH of SRDW. The results indicated that an electrostatic interaction occurred between amino groups of chitin/chitosan and sulphonate groups of dye, was the mainly adsorption mechanism under acidic condition. While, hydroxyl groups were the effective functional groups for adsorption under caustic conditions. In addition, the dye adsorption mechanism of chitin and chitosan were confirmed by the elution test and the spectra of Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) Spectrometry. However, while the temperature increased, the maximum adsorption capacities of both biopolymers were increased. The maximum adsorption capacity of chitin for SRDW obtained from the Langmuir model was 98 and 162 mg/g, while the maximum adsorption capacity of chitosan was 68 and 156 mg/g under a system pH of 11.0 at 20oC and 60oC, respectively. The negative values of enthalpy change (?H), free energy change value (?G), and entropy change (?S) indicated an exothermic, spontaneous process and decreasing disorder of the system, respectively. Therefore, the adsorption of these biopolymers was probably by physical and chemical adsorption at a wide range of pH and temperatures. In addition, the maximum adsorption capacity, removal of COD and low material cost suggested that chitin could be a suitable adsorbent for textile wastewater treatment. The experiments were also carried out on modified chitin for improving elution capacity. The comparison of maximum adsorption capacity from the Langmuir model between modified chitin and original chitin were 88 and 102 mg/g, respectively at a system pH of 11.0 at 30?C. However, total dye elution (%) of dye-modified chitin and dye-original chitin were 89% and 37% by using water as an eluent. The ATR-FTIR Spectrometry also confirmed that the hydroxyl group of modified chitin enhanced the dye adsorption. In addition to batch adsorption by modified chitin, kinetic experiments were studied in a rotating wire basket reactor, at variable basket speeds of 100, 150, 200 and 225 rpm. The surface diffusion and external film transfer coefficients were determined by fitting the adsorption and diffusion model to the experimental batch adsorption data. A surface diffusion coefficient value of 8.07x10-6 cm2/s was calculated by using this mass balance model. Kinetic parameters and adsorption-diffusion model were used for fixed bed absorber breakthrough prediction curves in column experiments at varying flow rates. Wilson and Geankoplis correlation was also used to calculate the film transfer coefficient. It is suggested that variation between the experimental breakthrough curves and those predicted by this model is due to the swelling of modified chitin afterdye adsorption. The use of adsorption-diffusion model for breakthrough prediction enables system design for synthetic reactive dye wastewater removal.

Abstract: ไคตินและไคโตซานสามารถกำจัดสีและลดความเข้มข้นของซีโอดีจากน้ำเสียสังเคราะห์ได้ ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงทำการศึกษาผลของระดับพีเอชเริ่มต้นของน้ำเสียสีสังเคราะห์ที่มีต่อการดูดซับ พบว่าภายใต้สภาวะที่เป็นกรด มีการจับกันแบบประจุระหว่างประจุบวกของหมู่อะมิโนในโครงสร้างไคตินและไคโตซานกับประจุลบของหมู่ซัลโฟเนตในโครงสร้างของสี ในขณะที่ในสภาวะที่เป็นด่างหมู่ที่ทำหน้าที่ในการดูดซับสีจะเป็นหมู่ไฮดรอกซิล นอกจากนี้กลไกการดูดซับน้ำเสียสีสังเคราะห์โดยไคตินและไคโตซาน สามารถยืนยันได้จากการศึกษาผลการชะสีออกจากโครงสร้างไคตินและไคโตซาน และการศึกษาการเปลี่ยนแปลงพีคของหมู่ที่ทำหน้าที่ดูดซับของโครงสร้างไคตินและไคโตซานโดยเครื่อง ATR-FTIR สเปคโตรเมทรี นอกจากนี้ประสิทธิภาพของการดูดซับสีสูงสุดของไคตินและไคโตซานเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิของการดูดซับเพิ่มสูงขึ้น เมื่อสภาวะการดูดซับที่เป็นด่างและอุณหภูมิที่ใช้ในการดูดซํบเพิ่มขึ้นจาก 20 เป็น 60 องศาเซลเซียส พบว่าประสิทธิภาพการดูดซับน้ำเสีย สีสังเคราะห์สูงสุดของไคติน โดยการศึกษาด้วยสมการแลงเมอร์เป็น 98 และ 162 มิลลิกรัมต่อกรัมในขณะที่ไคโตซานสามารถดูดซับน้ำเสียสีสูงสุดได้ 68 และ 156 มิลลิกรัมต่อกรัม ตามลำดับส่วนการศึกษาการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีของปฎิกิริยา ค่าการเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระ และการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีให้ค่าการเปลี่ยนแปลงเป็นค่าลบ ซึ่งสามารถระบุได้ว่าปฎิกิริยาการดูดซับที่เกิดขึ้นเป็นแบบคายความร้อนที่สามารถเกิดขึ้นเองได้โดยไม่ต้องอาศัยพลังงานเข้าไปช่วย และการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีของระบบในขณะการดูดซับลดลง ดังนั้นสามารถสรุปได้ว่าการดูดซับน้ำเสียสีสังเคราะห์โดยไคตินและไคโตซานภายใต้สภาวะการดูดซับที่เป็นทั้งกรดและด่าง และในช่วงอุณหภูมิของการดูดซับที่กว้างนั้นมีความเป็นไปได้ว่าเป็นการดูดซับร่วมกันทั้งทางกายภาพและเคมี นอกจากนี้ จากข้อมูลประสิทธิภาพการดูดซับสีสูงสุด การลดค่าความเข้นข้นของซีโอดีในน้ำเสียสีสังเคราะห์และราคาของตัวดูดซับ พบว่าไคตินเป็นตัวดูดซับที่เหมาะสมมากกว่าไคโตซาน งานวิจัยนี้ยังทำการปรับปรุงประสิทธิภาพการชะสีของไคตินให้ดีขึ้น โดยการปรับสภาพไคตินก่อนที่จะนำไปดูดซับน้ำเสียสีสังเคราะห์ และเมื่อทำการศึกษาเปรียบเทียบประสิทธิภาพการดูดซับน้ำเสียสีสูงสุดโดยใช้สมการแลงเมอร์ ภายใต้พีเอชของระบบเป็น 11 และอุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียสพบว่าไคตินที่ปรับสภาพแล้วและไคตินที่ไม่ได้ปรับสภาพมีประสิทธิภาพการดูดซับเป็น 88 และ 102 มิลลิกรัมต่อกรัม ตามลำดับ แต่เมื่อทำการศึกษาปริมาณการชะออกของสีที่ดูดซับบนไคตินที่ผ่านการปรับสภาพแล้วโดยใช้น้ำเป็นตัวชะพบว่ามีค่า 89 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่การชะออกของสีที่ดูดซับบนไคตินที่ไม่ผ่านการปรับสภาพมีค่าเป็น 37 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งจากการศึกษาการเปลี่ยนแปลงของพีคที่ได้จากเครื่อง ATR-FTIR สเปคโตรเมทรี พบว่าหมู่ที่มีผลต่อการดูดซับของไคตินที่ผ่านการปรับสภาพ นั้นเป็นหมู่ไฮดรอกซิลนอกจากนี้ยังทำการศึกษาการดูดซับแบบกะ และค่าไคเนติคของไคตินที่ผ่านการปรับสภาพโดยใช้ระบบตะกร้าหมุน ซึ่งทำการเปลี่ยนอัตราเร็วของการหมุนเป็น 100 150 200 225 รอบต่อนาทีพบว่าค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ และการแพร่บริเวณฟิลม์ สามารถหาได้จากแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เปรียบเทียบกับผลจากการทดลองแบบกะ ซึ่งค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ที่คำนวณได้จากสมการเป็น 8.07 x 10-6 ตารางเซนติเมตรต่อวินาที การใช้ปัจจัยทางไคเนติค และแบบจำลองทางคณิตศาสตร์สามารถใช้ทำนายเบรคธรูของการทดลองระบบคอลัมน์ที่อัตราการไหลต่าง ๆ ได้ นอกจากนี้ยังใช้ Wilson and Geankoplis correlation คำนวณสัมประสิทธิ์การส่งผ่านชั้นฟิล์มได้ด้วย ซึ่งจากผลของการทำนายโดยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ กับการเปรียบเทียบค่าที่ได้จากผลการทดลองในระบบคอลัมน์นั้นพบว่ามีค่าแตกต่างกันเล็กน้อย ซึ่งเป็นผลจากไคตินที่ถูกปรับสภาพนั้นเกิดการพองตัวหลังจากดูดซับน้ำเสียสีสังเคราะห์แล้ว การใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์สำหรับการทำนายเบรคธรูที่ได้จากการทดลองนั้นสามารถใช้ในการออกแบบระบบบำบัดน้ำเสียสีสังเคราะห์ได้

King Mongkut's University of Technology Thonburi

Address: BANGKOK

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: Paitip Thiravetyan

Role: Advisor

Name: Rao Bhamidimarri

Role: Advisor

Name: ไพทิพย์ ธีรเวชญาณ

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Created: 2005

Modified: 2009-02-03

Issued: 2551-07-03

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

text/plain

ISBN: 9741845774

BIT516

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Biotechnology

Grantor: King Mongkut's University of Technology Thonburi

©copyrights King Mongkut's University of Technology Thonburi

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	BIT516.pdf	1.21 MB	253	2025-07-03 15:51:32
2	BIT516ab.pdf	152.4 KB	134	2025-02-22 00:08:49

ใช้เวลา

0.045795 วินาที