การดูดซับสีย้อมเมทิลออเรนจ์ด้วยถ่านกัมมันต์จากเศษกะลาแมคคาเดเมียที่ผ่านการกระตุ้นด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ร่วมกับคลื่นไมโครเวฟ
คำสำคัญ:
ถ่านกัมมันต์, กะลาแมคคาเดเมีย, เมทิลออเรนจ์, กระตุ้นด้วยคลื่นไมโครเวฟบทคัดย่อ
เมทิลออเรนจ์ (Methyl orange, MO) เป็นสีย้อมกลุ่มอะโซที่มีความคงตัวสูงและย่อยสลายได้ยาก ส่งผลกระทบต่อคุณภาพน้ำและสิ่งแวดล้อมอย่างมีนัยสำคัญ ขณะเดียวกันกะลาแมคคาเดเมียเป็นของเสียทางการเกษตรที่มีปริมาณมากแต่ยังไม่ได้รับการใช้ประโยชน์อย่างเหมาะสม งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการดูดซับสีย้อมเมทิลออเรนจ์โดยใช้ถ่านกัมมันต์จากเศษกะลาแมคคาเดเมียที่เตรียมด้วยการกระตุ้นด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ร่วมกับคลื่นรังสีไมโครเวฟ (MAC-MC) และเปรียบเทียบกับถ่านกัมมันต์ที่เตรียมด้วยวิธีไพโรไลซิส (MAC-PC) จากผลการศึกษาพบว่าการกระตุ้นด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์ร่วมกับการให้ความร้อนด้วยคลื่นรังสีไมโครเวฟที่กำลังไฟฟ้า 800 วัตต์ นาน 15 นาที ทำให้ได้ถ่านกัมมันต์ที่มีลักษณะพื้นผิวที่มีความพรุนสูง มีรูพรุนขนาดไมครอนกระจายตัวทั่วทั้งโครงสร้างพื้นผิว จากการวิเคราะห์องค์ประกอบของธาตุ C และ O ของถ่านกัมมันต์ด้วย SEM-EDS พบว่ามีปริมาณธาตุ C เท่ากับ 73.56% และธาตุ O เท่ากับ 23.60% ซึ่งใกล้เคียงกับถ่านกัมมันต์ที่เตรียมโดยวิธีการไพโรไลซิสที่ 800 °C นาน 3 ชั่วโมง ซึ่งพบปริมาณธาตุ C และ O เท่ากับ 81.09% และ 16.60% ตามลำดับ แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของการกระตุ้นด้วยไมโครเวฟในระยะเวลาสั้นที่สามารถเพิ่มสัดส่วนของคาร์บอนได้ดี และจากผลการวิเคราะห์ด้วยเทคนิค FTIR แสดงให้ทราบว่าหมู่ฟังก์ชันที่พบในวัสดุผงเศษกะลาแมคคาเดเมียเริ่มต้นลดลงอย่างชัดเจนหลังผ่านการกระตุ้นด้วยคลื่นไมโครเวฟและการกระตุ้นด้วยความร้อน โดยถ่านกัมมันต์ที่เตรียมได้มีความบริสุทธิ์ของคาร์บอนที่เพิ่มขึ้น จากการศึกษาการดูดซับสีย้อม MO แบบแบตช์ที่ pH 3 อุณหภูมิ 30°C ปริมาณตัวดูดซับ 0.1 g ในน้ำยาป้อน MO 300 mg L-1 ปริมาตร 100 mL เป็นเวลา 120 นาที พบว่า MAC-MC ให้ประสิทธิภาพการกำจัดสูงกว่า MAC-PC (% Removal ≈ 81.97 เทียบกับ 77.41) และมีค่าความจุการดูดซับสมดุลสูงกว่า (qe ≈ 245.91 เทียบกับ 232.24 mg g-1) การวิเคราะห์ไอโซเทอมชี้ว่าแบบจำลอง Freundlich ให้ความสอดคล้องดีที่สุด (พื้นผิวไม่เป็นเนื้อเดียวและแนวโน้มการดูดซับหลายชั้น) ขณะที่แบบจำลอง Dubinin–Radushkevich ให้ค่าพลังงานเฉลี่ยของการดูดซับ ≈ 18.26 kJ mol-1 สะท้อนถึงกลไกของการดูดซับเป็นกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออน/เคมีซอร์พชัน นอกจากนี้ผลการวิเคราะห์เทอร์โมไดนามิกส์พบว่า DH เท่ากับ -17.58 kJ mol-1 แสดงว่ากระบวนการดูดซับเป็นแบบคายความร้อน โดยค่า DG < 0 ในทุกอุณหภูมิและมีค่าน้อยลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สะท้อนว่าการดูดซับเกิดได้เองและเหมาะสมที่อุณหภูมิต่ำ ดังนั้นถ่านกัมมันต์ที่เตรียมโดยการกระตุ้นด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ร่วมกับการใช้คลื่นรังสีไมโครเวฟนี้ เป็นแนวทางที่มีประสิทธิภาพในการยกระดับของเสียการเกษตรสู่ตัวดูดซับสมรรถนะสูงเพื่อการกำจัดสีย้อมในน้ำเสียต่อไปได้
เอกสารอ้างอิง
Abbas, M., & Ahmed, R. (2016). Microwave-assisted production of activated carbon: A sustainable and efficient approach. Renewable Energy, 90, 180-190.
Alghamdi, A. A., Al-Odayni, A. B., Saeed, W. S., Almutairi, M. S., Alharthi, F. A., Aouak, T., & Al-Kahtani, A., (2019), Adsorption of azo dye methyl orange from aqueous solutions using alkali-activated polypyrrole-based graphene oxide. Molecules, 24(20), 3685.
Atkins, P. W., & De Paula, J., (2014), Atkins' physical chemistry. Oxford university press., 832-839.
Chen H, Zhao J, Dai G, Wu J, Yan H. (2010). Adsorption characteristics of Pb(II) from aqueous solution onto a natural biosorbent, fallen cinnamomum camphora leaves. Desalination, 262, 174.
Chudoba D, Łudzik K, Jazdzewska M. (2022). Carbon fibres as potential bone implants with controlled doxorubicin release. Scientific Reports, 12(1), 2607.
Dawadi, K. B., Bhattarai, M., and Homagai, P. L., (2020), Adsorptive removal of methyl red from aqueous solution using Charred and Xanthated Sal (Shorea robusta) Sawdust. Amrit Research Journal, 1(1), 37-44.
Du, C., Xue, Y., Wu, Z., & Wu, Z., (2017). Microwave-assisted one-step preparation of macadamia nut shell-based activated carbon for efficient adsorption of Reactive Blue. New Journal of Chemistry, 41(24), 15373-15383.
Foo, K. Y., & Hameed, B. H. (2011). Microwave-assisted production of activated carbon from agricultural residues: A review. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2(1), 276-285.
Gupta, V. K., Suhas, I., & Ali, I. (2011). Adsorption of methyl orange using activated carbon derived from waste materials: A review. Journal of Environmental Management, 92(10), 2343-2374.
Hashmi, Z., Jatoi, A. S., Nadeem, S., Anjum, A., Imam, S. M., and Jangda, H. (2024). Comparative analysis of conventional to biomass-derived adsorbent for wastewater treatment: a review. Biomass Conversion and Biorefinery, 14(1), 45-76.
Kong, L., Lu, C., Liu, Z., & Zheng, H. (2013). Characteristics of activated carbon prepared from Macadamia nutshell. Chemical Engineering Journal, 32(5), 349-355.
Meethai, S., Sikhamchin, P., & Moonsri, P. (2024). The effective removal of the metal ion Pb2+ from an aqueous solution by activated carbon prepared from macadamia nut shell: isotherm and thermodynamic studies. Journal of Vocational Education in Agriculture, 8(2), 32-47. (in Thai)
Moonsri, P., Pongpian, W., & Moonsri, K., (2017). Production of Activated Carbon from Moldy Damaged Tamarind-Pod. Applied Mechanic and Material, 855, 137-142.
Moonsri, P., (2021). Properties of macadamia shell charcoal prepared by a small artificial furnace. Journal of Vocational Institute of Agriculture, 5(1), 28-39. (in Thai)
Piechocki, J., Hoffmann, J., & Schmidt, H. (2014). Utilization of Macadamia nutshells for activated carbon production. Biomass and Bioenergy, 60, 321-327.
Putro, J. N., Ju, Y. H., Soetaredjo, F. E., Santoso, S. P., & Ismadji, S., (2021). Biosorption of dyes. In Green Chemistry and Water Remediation: Research and Applications, 5(3), 67-84.
Rattanapan, S., Srikram, J., & Kongsune, P. (2017). Adsorption of methyl orange on coffee grounds activated carbon. Energy Procedia, 138, 949-954.
Rengaraj, S., Kyeong-Ho, Y., & Seung-Hyun, K. (2001). Adsorption characteristics of methyl orange onto activated carbon derived from palm-tree materials. Water Research, 35(4), 1306-1314.
Smoczynski, L., Pierozynski, B., & Mikołajczyk, T., (2020). The effect of temperature on the biosorption of dyes from aqueous solutions. Processes, 8(6), 636.
Tahir SS, Rauf N. (2006). Removal of a cationic dye from aqueous solutions by adsorption onto bentonite clay. Chemosphere, 2006(63), 1842–1848.
Wattanasiriwech, S., Naradisorn, M., & Wattanasiriwech, D., (2023). Adsorption performance of macadamia husk-activated carbon from a household pyrolysis kiln. Green Materials, 11(3), 137-144.
