Please use this identifier to cite or link to this item:
http://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/69181
Full metadata record
DC Field | Value | Language |
---|---|---|
dc.contributor.advisor | Asst. Prof. Dr. Apinon Nuntiya | - |
dc.contributor.advisor | Assoc. Prof. Dr. Torranin Chairuangsri | - |
dc.contributor.advisor | Asst. Prof. Dr. Parimanan Cherntongchai | - |
dc.contributor.author | Kanatip Kumproa | en_US |
dc.date.accessioned | 2020-07-31T00:45:52Z | - |
dc.date.available | 2020-07-31T00:45:52Z | - |
dc.date.issued | 2015-05 | - |
dc.identifier.uri | http://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/69181 | - |
dc.description.abstract | The objective of the research aims to study the effects of NH4OH concentration in lignin extraction and HCl concentration in acid hydrolysis on lignin and hemicelluloses contents respectively. In addition, the research aims to investigate the effects of Ni(OH)2 as a catalyst, Ca(OH)2 as a CO2 capture agent and milling time on H2 concentration in gaseous products and the effect of milling time on milled mixtures and heated mixture. The research includes production of high-purity hydrogen gas from rice husk, rice straw, sugarcane bagasse, and sugarcane leaves by a three-step process. The samples were characterized by the ultimate analysis, proximate analysis, UV-spectrophotometry, scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), thermogravimetry-mass spectrometry (TG/MS), and particle size analysis. The gaseous products were analyzed by gas chromatography (GC). The results revealed that the high-purity hydrogen gas can be produced from raw materials (rice husk, rice straw, sugarcane bagasse and sugarcane leaves) in the three-step process without separation process. The ultimate and proximate analysis showed the suitability of raw materials in hydrogen gas production. The UV spectrophotometric results revealed that the highest lignin and hemicellulose contents from rice husk, rice straw, sugarcane bagasse, and sugarcane leaves were achieved by applying 10 %v/v of NH4OH solution at room temperature for 24 h and 4-6 %v/v of HCl solution at 100oC for 5 h by acid hydrolysis. According to SEM images and EDS point analysis of raw materials, the cell wall of raw materials consists of lignin, covering on cellulose fibers. Cellulose fibers were separated from cell wall by removing lignin following with acid hydrolysis of hemicellulose. In addition, SiO2 is highly concentrated on cell wall of raw materials. Chemical treatment can separate cell wall in order to reduce the amount of SiO2. The TG/MS results of the milled raw materials/Ni(OH)2/Ca(OH)2 mixtures showed that the gaseous product consists of H2, H2O, CH4, CO and CO2. Moreover, H2/CH4 and CO/CO2 emitted at about 400oC and 650oC, respectively. Therefore, the optimum temperature for collecting hydrogen gas in this research is 600oC. Additionally, the amount of hydrogen gas emission increased with the increasing the milling times, which were 0, 15, 30, 60 and 120 min, respectively. The yield of H2 emission from the mixtures with Ni(OH)2 as the catalyst were higher than the yield of H2 emission from the mixtures without Ni(OH)2. The particle size analysis showed that the average particle size of the milled mixtures decreased with the increasing milling times, which were 0, 15, 30, 60 and 120 min, respectively. According to XRD patterns of the milled mixtures, it indicated that no solid state reaction occurred during mechanochemical treatment. The mixtures are highly amorphous state. The XRD pattern of the heated mixtures showing the appearance of Ni and CaCO3 peaks indicated the occurrence of the reduction of NiO to produce Ni and the carbonation of CaO to reduce CO2. In addition, FT-IR results of heated mixtures indicated that organic compounds from biomass decomposed by gasification. The GC result showed that the highest H2 concentration from the raw materials were approximately 95-97 %mol. Furthermore, the highest H2 concentration from different raw materials were achieved by applying the mechanochemical treatment of raw materials with Ni(OH)2 as the catalyst and Ca(OH)2 as the CO2 capture agent at 700 rpm of milling speed for 60-120 min of milling time and then heated at 600oC for 60 min by gasification. For the case of raw materials with Ni(CH3COO)2/CH3COONa and H2O mixtures, the XRD pattern of the heated mixtures showed the appearance of Ni and Na2CO3 peaks. It indicated that the reduction of Ni(CH3COO)2 in producing Ni as the catalyst and the reaction of CH3COONa and steam could produce CH4 as a starting material for H2 production were occurred. Additionally, the GC results showed that the highest H2 concentration of raw materials were approximately 97 %mol, which were achieved by applying the mechanochemical treatment of raw materials with Ni(CH3COO)2/CH3COONa as the catalysts and 4.5 cm3 of H2O as the precursor at 300 rpm of milling speed for 60 min of milling time and then heated at 600oC for 60 min by gasification. | en_US |
dc.language.iso | en | en_US |
dc.publisher | เชียงใหม่ : บัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ | en_US |
dc.title | Hydrogen Production from Biomass Wastes by Chemical-Milling-Heating Method | en_US |
dc.title.alternative | การผลิตแก๊สไฮโดรเจนจากของเหลือชีวมวลด้วยวิธีเคมี – การบด – การให้ความร้อน | en_US |
dc.type | Thesis | |
thesis.degree | doctoral | en_US |
thesis.description.thaiAbstract | วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้ ประกอบด้วย การผลิตแก๊สไฮโดรเจนความบริสุทธิ์สูง จากแกลบข้าว ฟางข้าว ชานอ้อย และใบอ้อย ด้วยกระบวนการสามขั้นตอน การศึกษาผลของความเข้มข้นของสารละลายแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ในการสกัดลิกนิน และความเข้มข้นของสารละลายกรดไฮโดรคลอริกในการไฮโดรไลซิสด้วยกรด ต่อปริมาณลิกนินและเฮมิเซลลูโลส ตามลำดับ การศึกษาผลของนิกเกิลไฮดรอกไซด์ (ตัวเร่งปฏิกิริยา) แคลเซียมไฮดรอกไซด์ (ตัวจับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์) และเวลาในการบด ต่อความเข้มข้นและปริมาณของแก๊สไฮโดรเจนในแก๊สผลิตภัณฑ์ และการศึกษาผลของเวลาในการบด ต่อของผสมที่ผ่านการบดและของผสมที่ผ่านการให้ความร้อนแล้ว จากผลการทดลอง สรุปว่าสามารถผลิตแก๊สไฮโดรเจนความบริสุทธิ์สูง จากแกลบข้าว ฟางข้าว ชานอ้อย และใบอ้อย ด้วยกระบวนสามขั้นตอน โดยปราศจากกระบวนการปลายสาย การวิเคราะห์ขั้นต้นและขั้นสูงของวัตถุดิบ พบว่าวัตถุดิบทั้งสี่ชนิดเหมาะสมต่อการเป็นวัตถุดิบในการผลิตแก๊สไฮโดรเจน การวิเคราะห์ปริมาณลิกนินและเฮมิเซลลูโลสของวัตถุดิบโดยวัดค่าการดูดกลืนแสงในช่วงอัลตราไวโอเลต พบว่าปริมาณลิกนินมากที่สุด ได้จากสภาวะการใช้แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ ความเข้มข้น 10 เปอร์เซนท์โดยปริมาตร ที่อุณหภูมิห้อง เป็นเวลา 24 ชั่วโมง โดยเครื่องเขย่า ที่ความเร็ว 200 รอบต่อนาที และปริมาณเฮมิเซลลูโลสมากที่สุด ได้จากสภาวะการใช้กรดไฮโดรคลอริก ความเข้มข้น 4-6 เปอร์เซนท์โดยปริมาตร ที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 5 ชั่วโมง โดยวิธีรีฟลักซ์ ตามลำดับ การวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดและเทคนิคการวิเคราะห์ธาตุด้วยรังสีเอ็กซ์ของวัตถุดิบ และวัตถุดิบที่ผ่านการสกัดลิกนินและเฮมิเซลลูโลสแล้ว พบว่าวัตถุดิบ ประกอบด้วยผนังเซลล์และเส้นใยเซลลูโลส และผนังเซลล์มีซิลิกอนไดออกไซด์เป็นส่วนประกอบ เมื่อนำวัตถุดิบผ่านกระบวนการทางเคมี ทำให้ลิกนินซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมระหว่างผนังเซลล์และเส้นใยเซลลูโลสหลุดออก ดังนั้นผนังเซลล์จึงแยกออกจากเส้นใยเซลลูโลส ผลการทดลองของการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงน้ำหนักของสารโดยอาศัยสมบัติทางความร้อน การวิเคราะห์ความร้อนเชิงอนุพันธ์ และการวิเคราะห์ชนิด/มวลของอะตอมหรือโมเลกุลของของผสมที่ผ่านการบดด้วยเครื่องบดความเร็วสูงชนิดแพลนนีทารีแล้วจากวัตถุดิบ/นิกเกิลไฮดรอกไซด์/แคลเซียมไฮดรอกไซด์ และวัตถุดิบ/แคลเซียมไฮดรอกไซด์ แสดงให้เห็นว่าแก๊สผลิตภัณฑ์ประกอบด้วย แก๊สไฮโดรเจน ไอน้ำ คาร์บอนมอนอออกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์ และมีเทน ซึ่งแก๊สไฮโดรเจน/มีเทน และแก๊สคาร์บอนมอนอออกไซด์/คาร์บอนไดออกไซด์ เกิดขึ้นที่อุณหภูมิประมาณ 400 และ 600 องศาเซลเซียส ตามลำดับ ดังนั้นอุณหภูมิที่เหมาะสมต่อการเก็บแก๊สไฮโดรเจนคือ 600 องศาเซลเซียส ผลการวิเคราะห์อนุภาคของของผสมที่ผ่านการบดแล้ว พบว่าขนาดอนุภาคเฉลี่ยของของผสมลดลง เมื่อเวลาในการบดเพิ่มมากขึ้น (0, 15, 30, 60 และ 120 นาที ตามลำดับ) จากผลการวิเคราะห์ด้วยเครื่องเอกซ์เรย์ดิฟแฟรกชันของของผสมที่ผ่านการบดแล้ว สรุปว่าไม่เกิดปฏิกิริยาสถานะของแข็งในขั้นตอนการบด แต่สารตั้งต้นมีความเป็นอสัณฐานมากขึ้น จากผลการวิเคราะห์ด้วยเครื่องเอกซ์เรย์ดิฟแฟรกชันของของผสมที่ผ่านการบดและการให้ความร้อนแล้ว ปรากฏพีคของนิกเกิลและแคลเซียมคาร์บอเนต จึงสรุปว่าเกิดปฏิกิริยารีดักชั่นของนิกเกิลออกไซด์ และปฏิกิริยาการเติมแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ของแคลเซียมออกไซด์ขึ้น ตามลำดับ จากผลการวิเคราะห์ของแก๊สผลิตภัณฑ์ด้วยวิธีแก๊สโครมาโตกราฟี สรุปว่าความเข้มข้นแก๊สไฮโดรเจนมากที่สุด ประมาณ 95-97 เปอร์เซนท์โมล ความเข้มข้นและปริมาณแก๊สไฮโดรเจนสูงที่สุด ได้จากของผสมที่ผ่านการบด ที่ความเร็ว 700 รอบต่อนาที เป็นเวลา 120 นาที จากนั้นให้ความร้อนแก่ของผสมที่ผ่านการบด ที่อุณหภูมิ 600 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 60 นาที และความเข้มข้นและปริมาณแก๊สไฮโดรเจนมากขึ้น เมื่อเวลาในการบดมากขึ้น (0, 15, 30, 60 และ 120 นาที ตามลำดับ) นอกจากนี้แก๊สไฮโดรเจนที่ได้จากของผสมที่มีการเติมตัวเร่งปฏิกิริยา มีความเข้มข้นและปริมาณมากกว่าแก๊สไฮโดรเจนที่ได้จากของผสมที่ไม่มีการเติมตัวเร่งปฏิกิริยา กรณีของของผสมที่ได้จาก วัตถุดิบ/นิกเกิล อะซิเตท/โซเดียม อะซิเตท/น้ำ สรุปว่าความเข้มข้นแก๊สไฮโดรเจนมากที่สุด ประมาณ 97 เปอร์เซนท์โมล จากของผสมที่มีปริมาณน้ำ 4.5 ลูกบาศก์เซนติเมตร ผ่านการบด ที่ความเร็ว 300 รอบต่อนาที เป็นเวลา 60 นาที จากนั้นให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 600 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 60 นาที นอกจากนี้จากผลการวิเคราะห์ด้วยเครื่องเอกซ์เรย์ดิฟแฟรกชันของของผสมที่ผ่านการบดและการให้ความร้อนแล้ว ปรากฏพีคของนิกเกิล และโซเดียมคาร์บอเนต จึงสรุปได้ว่าเกิดปฏิกิริยารีดักชันของนิกเกิล อะซิเตท และปฏิกิริยาระหว่างโซเดียม อะซิเตท และไอน้ำ | en_US |
Appears in Collections: | SCIENCE: Theses |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
Full.pdf | 19.28 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in CMUIR are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.