DOI: 10.14457/tu.the.2019.662
title: การเตรียมวัสดุดูดซับปรอทจากยางรถยนต์ใช้แล้ว

description: ยางรถยนต์ใช้แล้ว (WTR) มีแนวโน้มที่จะก่อให้เกิดปัญหามลภาวะเนื่องจาก WTR มีปริมาณเพิ่มสูงขึ้นทุกปีและยังเป็นวัสดุที่ยากต่อการย่อยสลายตามธรรมชาติ งานวิจัยนี้จึงได้นำ WTR มาดัดแปรด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชันโดยใช้กรดไนตริกเข้มข้นและโซเดียมไนไตรท์ความเข้มข้นร้อยละ 1 โดยมวลต่อปริมาตร เพื่อใช้เป็นตัวดูดซับไอออนปรอท WTR ถูกดัดแปรที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส โดยมีการเปลี่ยนแปลงตัวแปรต่าง ๆ คือ 1) เวลาในการทำปฏิกิริยา 2) ปริมาตรกรดไนตริก 3) ปริมาณวัตถุดิบยางรถยนต์ใช้แล้ว (R-WTR) พบว่าสภาวะที่เหมาะสมคือการใช้ปริมาณ R-WTR 4 กรัม ต่อปริมาตรกรดไนตริกเท่ากับ 25 มิลลิลิตร เป็นเวลา 4 ชั่วโมง (M-WTR-4) ซึ่งให้ปริมาณคาร์บอกซิลเท่ากับ 1.19 มิลลิโมลต่อกรัม และการใช้ปริมาณ R-WTR 5 กรัม ต่อปริมาตรกรดไนตริก 35 มิลลิลิตร เป็นเวลา 4 ชั่วโมง (M-WTR-5) ซึ่งให้ปริมาณคาร์บอกซิลเท่ากับ 1.26 มิลลิโมลต่อกรัม จากผลการวิเคราะห์ภาพถ่าย SEM พบว่าพื้นผิวของ M-WTR-4 และ M-WTR-5 มีโครงสร้างรูพรุนมากกว่า R-WTR ผลการวิเคราะห์พื้นที่ผิวจาก BET พบว่า M-WTR-4 และ M-WTR-5 มีพื้นที่ผิวมากกว่า R-WTR ถึง 155 และ 215 เท่า ตามลำดับ ผลการวิเคราะห์ปริมาณธาตุ %C, H, N, S และ O แสดงให้เห็นว่าปริมาณธาตุออกซิเจนเพิ่มขึ้นหลังจากการดัดแปร การวิเคราะห์ด้วยเทคนิค FT-IR พบว่าหมู่คาร์บอกซิลหรือหมู่คาร์บอนิลเกิดขึ้นหลังการทำปฏิกิริยาออกซิเดชัน เมื่อเติมธาตุกำมะถันที่ความเข้มข้นของสารละลายไอออนซัลไฟด์เท่ากับ 500 มิลลิกรัมต่อลิตร (M-WTR-4-S1 และ M-WTR-5-S1) และ 1000 มิลลิกรัมต่อลิตร (M-WTR-4-S2 และ M-WTR-5-S2) ให้กับยางรถยนต์ใช้แล้วดัดแปร (M-WTR) พบว่าการเติมธาตุกำมะถันลงบนพื้นผิวของ M-WTR ทำให้โครงสร้างรูพรุนมีขนาดใหญ่ขึ้นแต่ปริมาณรูพรุนลดลง เมื่อวิเคราะห์ปริมาณธาตุ %C, H, N, S และ O พบว่าปริมาณธาตุออกซิเจนลดลงซึ่งมีความสอดคล้องกับผลการวิเคราะห์ FT-IR โดยพบว่าการเติมธาตุกำมะถันทำให้หมู่คาร์บอกซิลลดลงซึ่งเป็นผลมาจากการแทนที่ของธาตุออกซิเจนด้วยธาตุกำมะถันในโครงสร้างของหมู่คาร์บอกซิลหรือหมู่คาร์บอนิลแล้วกลายเป็นหมู่ไธโอคาร์บอนิล ในส่วนของการดูดซับไอออนปรอทมีการเปลี่ยนแปลงตัวแปรต่าง ๆ คือ 1) อุณหภูมิในการดูดซับ 2) ความเข้มข้นของสารละลายไอออนซัลไฟด์ที่เติมธาตุกำมะถันให้กับวัสดุดูดซับ พบว่าประสิทธิภาพการดูดซับและความสามารถในการดูดซับไอออนปรอทมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มอุณหภูมิและเพิ่มความเข้มข้นของสารละลายไอออนซัลไฟด์ที่เติมให้กับวัสดุดูดซับ สำหรับจลนศาสตร์การดูดซับพบว่าการดูดซับไอออนปรอทโดยใช้ R-WTR มีความสอดคล้องกับแบบจำลอง pseudo-first order แต่ M-WTR-4, M-WTR-4-S1, M-WTR-4-S2, M-WTR-5, M-WTR-5-S1 และ M-WTR-5-S2 มีความสอดคล้องกับแบบจำลอง pseudo-second order ส่วนไอโซเทอมการดูดซับ พบว่าการดูดซับไอออนปรอทโดยใช้ R-WTR มีความสอดคล้องกับฟรุนดิชไอโซเทอม ในขณะที่ M-WTR-4-S1, M-WTR-4-S2, M-WTR-5-S1 และ M-WTR-5-S2 มีความสอดคล้องกับแลงก์เมียร์ไอโซเทอม ตัวแปรทางเทอร์โมไดนามิกส์ที่คำนวณได้จากการดูดซับไอออนปรอทมีดังนี้ การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปี (∆H) ของวัสดุดูดซับต่าง ๆ มีค่าอยู่ในช่วง 25 ถึง 40 กิโลจูลต่อโมล แสดงว่ากระบวนการดูดซับไอออนปรอทเป็นแบบดูดความร้อน การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี (∆S) ของวัสดุดูดซับต่าง ๆ มีค่าอยู่ในช่วง 79 ถึง 119 จูลต่อโมล•เคลวิน บ่งบอกว่าระบบมีความไม่เป็นระเบียบมากขึ้น การเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระกิบส์ (∆G) ที่อุณหภูมิ 20 ถึง 40 องศาเซลเซียส ของ R-WTR, M-WTR-4-S1 และ M-WTR-5-S1 มีค่าอยู่ในช่วง 0.72 ถึง 5.32 กิโลจูลต่อโมล ซึ่งสามารถอธิบายได้ว่าปฏิกิริยาในกระบวนการดูดซับไม่สามารถเกิดขึ้นได้เอง ในขณะที่ M-WTR-4-S2 และ M-WTR-5-S2 มีการเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระกิบส์อยู่ในช่วง -0.09 ถึง 2.26 กิโลจูลต่อโมล พบว่าปฏิกิริยาในกระบวนการดูดซับสามารถเกิดขึ้นเองได้ที่อุณหภูมิ 40 องศาเซลเซียส