Porous carbon from biomass

ในส่วนของการปรับปรุงด้วยกระบวนการกระตุ้นทางกายภาพ Poinern และคณะ (2011)

ได้ศึกษาการนำเปลือกแมคคาเดเมียที่เหลือทิ้งมาผลิตเป็นวัสดุคาร์บอนที่มีรูพรุนชนิดเม็ด สังเคราะห์ผ่านกระบวนคาร์บอนไนเซชันภายใต้บรรยากาศแก๊สไนโตรเจนที่อุณหภูมิ 800 °C และตามด้วยกระตุ้นภายใต้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่อุณหภูมิ 600-1100 °C พบว่าพื้นที่ผิวจำเพาะและปริมาตรรูพรุนในช่วงไมโครพอร์จะเพิ่มขึ้นเป็น 602 m2/g และ 0.277 cm3/g ตามลำดับเมื่ออุณหภูมิของการกระตุ้นเพิ่มขึ้นเป็น 1100 °C นอกจากนี้ Ahmed และ คณะ (2019) ได้ศึกษาการสังเคราะห์ไบโอชาร์จากสาหร่ายทะเล โดยนำสาหร่ายทะเลมาผ่านกระบวนการคาร์บอไนเซชันภายใต้บรรยากาศแก๊สไนโตรเจนที่อุณหภูมิ 800 °C จะได้วัสดุไบโอชาร์ที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะและรูพรุนในช่วงไมโครพอร์เท่ากับ 926 m2/g และ 0.57 cm3/g ตามลำดับ ต่อมาเป็นการปรับปรุงคุณสมบัติเชิงรูพรุนด้วยกระบวนการกระตุ้นทางเคมีซึ่งสามารถแบ่งได้เป็นการกระตุ้นด้วยกรดและการกระตุ้นด้วยเบส Hussein และคณะ (2001) ได้ทำการศึกษาการเตรียม activated carbon จากเส้นใยปาล์มโดยการกระตุ้นด้วยกรดฟอสฟอริส จากนั้นนำไปผ่านกระบวนการคาร์บอนไนเซชันภายใต้บรรยากาศแก๊สไนโตรเจนและตามด้วยการกระตุ้นภายใต้บรรยากาศแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ที่อุณหภูมิ 500 °C ได้วัสดุคาร์บอนที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะสูงถึง 1800 m2/g และรูพรุนในช่วงไมโครพอร์เท่ากับ 0.74 cm3/g ต่อมา Bagheri & Abedi (2009) ได้เตรียม activated carbon ผ่านกระบวนการกระตุ้นเชิงเคมีซึ่งมีสารตั้งต้นคือซังข้าวโพดและโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์เป็นสารกระตุ้นทางเคมี

จากนั้นนำไปกระตุ้นภายใต้บรรยากาศคาร์บอนไดออกไซด์ที่อุณหภูมิ 550 °C วัสดุคาร์บอนรูพรุนที่ได้มีพื้นที่ผิวจำเพาะเท่ากับ 1320 m2/g  อย่างไรก็ดีการมีพื้นที่ผิวจำเพาะสูงเพียงอย่างเดียวไม่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการกำจัดสารมลพิษบางกลุ่ม เช่น สารที่โมเลกุลใหญ่และมีโครงสร้างซับซ้อน โดยพบว่าการมีรูพรุนขนาดกลาง (รูพรุนในช่วงมีโซพอร์; ขนาดเท่ากับ 2-50 nm) จะมีความเหมาะสมและช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการดูดซับสารมลพิษกลุ่มดังกล่าว ซึ่งการสังเคราะห์วัสดุคาร์บอนที่มีรูพรุนที่มีสมบัติแม่เหล็กสามารถทำได้โดยการนำสารเคมีที่ช่วยกระตุ้นการสร้างรูพรุนมาตรึงรูปบนวัสดุคาร์บอนจะช่วยเพิ่มโครงสร้างรูพรุนในช่วงมีโซพอร์ Siyasukh และคณะ (2018) พบว่าการสังเคราะห์วัสดุคาร์บอนรูพรุนแบบโครงข่ายที่ถูกตรึงรูปด้วยสารละลายเหล็ก (III) ไนเตรตจะช่วยสนับสนุนการเกิดรูพรุนในช่วงมีโซพอร์ซึ่งมีปริมาตรรูพรุนในช่วงมีโซพอร์เท่ากับ 2.14 cm3/g และไมโครพอร์เท่ากับ 0.24 cm3/g และเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุคาร์บอนที่ไม่ถูกตรึงรูปด้วยเหล็ก (III) ไนเตรตพบว่ามีเพียงรูพรุนในช่วงไมโครพอร์เท่านั้น มีปริมาตรรูพรุนเท่ากับ 0.27 cm3/g อีกทั้งพบว่าการมีอยู่ของรูพรุนในช่วงมีโซพอร์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการดูดซับสีย้อมเมทิลออเรนจ์ (ประสิทธิภาพการดูดซับสูงสุดเท่ากับ 1522.6 mg/g) ในงานวิจัยของ Zhou และคณะ (2014) ได้ศึกษาการนำวัสดุเหลือทิ้งจากการแปรรูปสัปปะรดมาผ่านกระบวนการคาร์บอไนเซชันที่อุณหภูมิ 500 °C จากนั้นนำซิงค์ (II) คลอไรด์มาตรึงรูปบนวัสดุไบโอชาร์และทำการคาร์บอไนเซชันที่อุณหภูมิ 500 °C จะได้วัสดุไบโอชาร์ที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะสูงสุดที่ 914 m2/g โดยมีปริมาตรรูพรุนในช่วงมีโซพอร์และไมโครพอร์เท่ากับ 0.41 และ 0.15 cm3/g ตามลำดับ Marrakchi และคณะ (2017) ทำการศึกษาการนำของเหลือทิ้งจากการแปรรูปสัตว์น้ำ (fishery waste) มาสังเคราะห์เป็นวัสดุไบโอชาร์ที่มีรูพรุนในช่วงมีโซพอร์โดยผ่านกระบวนการคาร์บอนไนเซชันภายใต้บรรยากาศแก๊สไนโตรเจนที่อุณหภูมิ 600 °C จากนั้นนำโซเดียมไฮดรอกไซด์มาตรึงรูปบนวัสดุไบโอชาร์ และนำไปกระตุ้นที่อุณหภูมิ 800 °C จะได้ไบโอชาร์ที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะเท่ากับ 1867 m2/g และรูพรุนในช่วงมีโซพอร์เท่ากับ 0.38 cm3/g นอกจากนี้การนำสารเคมีมาตรึงรูปบนวัสดุไบโอชาร์สามารถช่วยเพิ่มคุณสมบัติเชิงแม่เหล็กให้กับวัสดุไบโอชาร์ได้ ซึ่งการมีคุณสมบัติเชิงแม่เหล็กนั้นทำให้สามารถแยกวัสดุดูดซับออกจากจากสารละลายที่ปนเปื้อนได้โดยง่าย เพียงใช้แรงจากแม่เหล็กภายนอก Theydan และ Ahmed (2012) ได้นำสารละลายเหล็กคลอไรด์ตรึงรูปบนเมล็ดอินทผาลัม จากนั้นนำไปผ่านการกระตุ้นที่อุณหภูมิ 700 °C จะได้วัสดุคาร์บอนที่มีสมบัติแม่เหล็กที่ถูกปรับปรุงโครงสร้างรูพรุน โดยมีพื้นที่ผิวจำเพาะเท่ากับ 780 m2/g โดยมีปริมาตรรูพรุนในช่วงมีโซพอร์และไมโครพอร์เท่ากับ 0.11 และ 0.47 cm3/g ตามลำดับ Yao และคณะ (2020) ได้นำนิกเกิล (II) คลอไรด์ (nickel chloride hexahydrate) ไปตรึงรูปบนสาหร่ายวะกะเมะ จากนั้นนำไปผสมกับสารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์และนำไปผ่านกระบวนการไพโรไลซิสที่อุณหภูมิ 800 °C พบว่าได้วัสดุคาร์บอนที่มีรูพรุนที่มีสมบัติแม่เหล็กที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะเพิ่มขึ้นเท่ากับ 744 m2/g (จาก 11.098 m2/g) และปริมาตรรูพรุนรวมเท่ากับ 0.45 cm3/g (จาก 0.017 cm3/g) นอกจากนี้ Damdib S. และคณะ (2019) ได้ศึกษาการสังเคราะห์ไบโอชาร์ที่มีสมบัติแม่เหล็กจากเปลือกข้าวโพด โดยนำสารละลายเหล็ก (III) ไนเตรตมาตรึงรูปบนเปลือกข้าวโพด จากนั้นนำไปผ่านกระบวนการคาร์บอไนเซชันภายใต้บรรยากาศแก๊สไนโตรเจนที่อุณหภูมิ 850 °C จะได้ไบโอชาร์ที่มีสมบัติแม่เหล็กที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะเท่ากับ 275 m2/g ปริมาตรรูพรุนในช่วงมีโซพอร์เท่ากับ 0.30 cm3/g และปริมาตรรูพรุนในช่วงไมโครพอร์เท่ากับ 0.10 cm3/g ในส่วนของเปลือกข้าวโพดที่ไม่ถูกตรึงรูปด้วยสารละลายเหล็ก (III) ไนเตรตจะมีเพียงปริมาตรรูพรุนในช่วงไมโครพอร์เท่านั้นซึ่งมีค่าเท่ากับ 0.34 cm3/g จากการทบทวนเอกสารวิชาการข้างต้นพบว่าวิธีที่น่าสนใจวิธีหนึ่งในการนำวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรและจากอุตสาหกรรมแปรรูปผลิตผลการเกษตรมาสร้างมูลค่าเพิ่ม คือนำมาแปรรูปเป็นคาร์บอนที่มีรูพรุน (porous carbon) เพื่อเป็นวัสดุดูดซับมลพิษอุบัติใหม่ในน้ำ