การสังเคราะห์จีโอพอลิเมอร์/ซีโอไลต์จากเถ้าถ่านหินและดินเกาลินเผาสำหรับการดูดซับสีย้อม

Synthesis of geopolymer/zeolite from coal ash and calcined kaolinitic clay for dye adsorption

Name: เอื้อการย์ ชูวงศ์วิทยา

ThaSH: โพลิเมอร์

ThaSH: วิศวกรรมโพลิเมอร์

ThaSH: ตัวเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์

ThaSH: ซีโอไลต์

ThaSH: เถ้าลอย

Abstract: งานวิจัยนี้ศึกษาการสังเคราะห์คอมโพสิตจีโอพอลิเมอร์/ซีโอไลต์จากเถ้าลอยและดินเกาลินเผาเป็นวัตถุดิบหลัก โดยทำปฏิกิริยาจีโอพอลิเมอร์และซีโอไลต์ร่วมกันภายใต้สภาวะไฮโดรเทอร์มอล ที่อัตราส่วนโดยโมลเริ่มต้นของซิลิกาต่ออะลูมินาอยู่ในช่วง 3.0 ถึง 8.0 โดยศึกษาสารละลายด่าง อุณหภูมิ และเวลาที่ใช้ในการทำปฏิกิริยาไฮโดรเทอร์มอลและการเตรียมตัวอย่างในระบบนี้ ที่อัตราส่วนโดยโมลซิลิกาต่ออะลูมินาต่ำเท่ากับ 3.0 ถึง 4.0 ที่อุณหภูมิ 70C ระยะเวลา 24 และ 48 ชั่วโมง และใช้น้ำปราศจากไอออนเป็นตัวกลางในการทำปฏิกิริยาไฮโดรเทอร์มอล พบว่าเถ้าลอยที่อัตราส่วนโดยโมลซิลิกาต่ออะลูมินาเท่ากับ 3.0 เกิดโซดาไลต์และไฮโดรการ์เนตเป็นเฟสหลักร่วมกับสารประกอบคาร์บอเนต เช่น เพิร์สโซไนต์ แคลไซต์และเทอร์โมเนไตรต์(Na2CO3H2O) เป็นเฟสรอง ซึ่งเป็นกลุ่มที่สามารถลดความแข็งแรงกำลังอัดได้ เมื่อเพิ่มอัตราส่วนซิลิกาต่ออะลูมินาเท่ากับ 4.0 และอุณหภูมิ 70C ที่ 48 ชั่วโมง โซดาไลต์ไม่ปรากฏในการสังเคราะห์นี้ อีกทั้งโซดาไลต์ก่อตัวร่วมกับการพัฒนาจีโอพอลิเมอร์ได้โครงสร้างที่แข็งแรง โดยใช้สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้น 1 โมลาร์ ที่อุณหภูมิ 100C ภายใต้ปฏิกิริยาไฮโดรเทอร์มอล จากนั้นเพิ่มอัตราส่วนโดยโมลซิลิกาต่ออะลูมินาเท่ากับ 5.0-8.0 พบซีโอไลต์พี และในการเตรียมตัวอย่างแบบผงให้ปริมาณซีโอไลต์พีมากกว่าแบบก้อน ที่อัตราส่วนโดยโมลสูงสุดของซิลิกาต่ออะลูมินาเท่ากับ 8.0 เกิดอะนาไซม์ร่วมกับซีโอไลต์พีและจีโอพอลิเมอร์ ผลของการบ่มที่ใช้ระยะเวลาเพิ่มขึ้นเป็น 144 ชั่วโมง(6วัน) ที่อัตราส่วนโดยโมลซิลิกาต่ออะลูมินาเท่ากับ 6.0 คงที่ พบว่าปริมาณความพรุนตัวและพื้นที่ผิวจำเพาะมากที่สุด(SBET100.22 กรัม/ตารางเซนติเมตร) ซึ่งเป็นไอโซเทอมชนิดที่ 1 และ4 เมื่อเทียบกับการบ่มที่ 48 ชั่วโมง ได้ไอโซเทอมชนิดที่ 2 เรียกว่า คุณสมบัติที่ไม่มีความพรุนเนื่องจากเกิดจีโอพอลิเมอร์มากกว่าซีโอไลต์ นอกจากนี้การทดแทนเถ้าลอยด้วยดินเกาลินเผาในช่วงร้อยละ 5 ถึง 100 พบว่าที่ร้อยละ 25 เกิดเฟสของซีโอไลต์ชนิดวาย โซเดียมเอกซ์ และพี (Y, Na-X และ P ตามลำดับ) ตรงกันข้ามเมื่อเพิ่มดินขาวเผาเข้าไปในระบบร้อยละ 50 ถึง 100 พบซีโอไลต์พีและอะนาไซม์ร่วมกันเท่านั้น เนื่องจากดินขาวเผามีปริมาณอะลูมินาสูงจึงชอบที่จะก่อตัวเป็นอะนาไซม์ นอกจากนี้เลือกคอมโพสิตจีโอพอลิเมอร์/ซีโอไลต์ที่อัตราส่วนโดยโมลซิลิกาต่ออะลูมินาเท่ากับ 6.0 และทดแทนเถ้าลอยด้วยดินเกาลินเผาร้อยละ 50 ทั้งการเตรียมแบบผงและก้อนนำไปดูดซับสีย้อมเมทิลออเรนท์ (MO) ผลเข้าใกล้การดูดซับไอโซเทอมแบบ Freundlich ซึ่งเป็นกลไกการดูดซับแบบหลายชั้นทางกายภาพ ซึ่งพิจารณาจากค่าพลังงานของ D-R (1.05 กิโลจูล/โมล)

Abstract: This research paper investigated the synthesis of geopolymer/zeolite composites using lignite fly ash and calcined kaolinitic clay as main starting materials with combined reactions of geopolymerization and zeolitization under hydrothermal treatment. The initial molar ratios of SiO2/Al2O3 were designed in the range of 3.0-8.0 using different hydrothermal alkalinities, hydrothermal temperature and time, and specimen preparation type in hydrothermal system. With low SiO2/Al2O3 molar ratios (3.0-4.0) at 70C for 24 and 48 hours under hydrothermal treatment using DI water, SiO2/Al2O3 molar ratio at 3.0 using fly ash, provided sodalite and hydrogarnet as main phases incorporating with carbonate compounds such as pirssonite, calcite and thermonatrite (Na2CO3H2O) as minor phases that can lower compressive strength of the hardened material. Sodalite was disappeared when SiO2/Al2O3 molar ratio of 4.0 and reacting temperature and time at 70C and 48 hours, respectively were used in the synthesis. Sodalite was also promoted with uses of 1.0 M NaOH solution and 100C hydrothermal temperature together with a development of geopolymeric matrix resulting in a strong structure. Zeolite P was formed at SiO2/Al2O3 molar ratios of 5.0-8.0. Sample preparation in a powdery form provided the larger content of zeolite P than bulk sample. SiO2/Al2O3 molar ratio of 8.0 possessed analcime incorporating with zeolite P and geopolymeric gel. With an increase in curing time to 144 hours (6 days) at the constant SiO2/Al2O3 molar ratio of 6.0, the highest of porosity and high specific surface area (SBET100.22 g/cm3) could be obtained with a combination of isotherms as Type-I and Type-IV shapes. When compared to sample cured at 48 hours, Type-II isotherm, so called “non-porous characteristic” due to the abundant geopolymeric gel over the zeolitic material. Moreover, substitution of calcined clay in the range of 5-100 wt%, various kinds of zeolites such as zeolite Y, Na-X and P could be obtained at 25 wt% substitution. On the other hand, an increase in calcined clay in the range of 50-100 wt% provided zeolite P and analcime due to higher content of alumina that favored the formation of analcime. In addition, the prepared geopolymer/zeolite composite with SiO2/Al2O3 molar ratio of 6.0 in both powdery and bulk forms could adsorb MO dye that the fitted with Freundlich sorption isotherm as multilayer physical adsorption considered from E value of D-R (1.05 kJ/mol).

มหาวิทยาลัยเชียงใหม่. สำนักหอสมุด

Address: เชียงใหม่

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: เกศรินทร์ พิมรักษา

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Name: อดิศักดิ์ ไสยสุข

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Created: 2566

Modified: 2567-01-18

Issued: 2567-01-01

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

tha

DegreeName: วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: เคมีอุตสาหกรรม

Grantor: มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

©copyrights มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	630531071.pdf	10.1 MB

ใช้เวลา

0.040941 วินาที