การผลิตน้ำมันชีวภาพจากการไพโรไลซิสเปลือกเมล็ดกาแฟโดย Co/HZSM-5 และ Ni/HZSM-5 ด้วยเครื่องปฏิกรณ์แบบเบด-นิ่งและไมโครเวฟ | Bio-oil Production of Coffee Husk Pyrolysis by Co/HZSM-5 and Ni/HZSM-5 from Fixed-bed and Microwave Reactors

Abstract

          The Coffee husk, known as a biomass waste, obtained from coffee industry is aimed at being value-added in bio-oil products. The bio-oil is an alternative energy source which is used to replace fossil fuels and reduce greenhouse gas emissions. This study highlights the production of bio-oil having high aromatic compounds from the coffee husk by pyrolysis process, which uses catalysts 2, 5, 10%wt. Co/HZSM-5 and 2, 5, 10%wt. Ni/HZSM-5 from Fixed-bed reactor (FBR) and Microwave reactors (MCR) at 450°C, 0.05 in catalyst/husk, and the size of 1.6-2.8 mm. This is carried out by comparing the yield of bio-oil and the aromatics in bio-oil investigated by GC/MS. The result shows that the yield of bio-oil accounts for 51.76 wt% as well as the yield of aromatics in bio-oil is 19.02 wt%, derived from 10%wt. Co/HZSM-5 with Microwave reactor. Therefore, the catalyst 10%wt. Co/HZSM-5 and the microwave reactor are chosen in order to perform the next experiment which aims to find the suitable condition of the bio-oil production. Then the experiment is conducted by modelling response surface method (RSM) with Box-Behnken design (BBD), which specifies 3 variables, namely the temperature in the range of 350-500°C, catalyst/husk ranging from 0.03 to 0.07, and the size of coffee husk ranging from 0.5 to 4 mm by encoding -1, 0, 1. It can be seen that the optimal condition for bio-oil production obtaining from the quadratic model was at 500°C, 0.07 in catalyst/husk, and the particle size of 2.8-4 mm. This leads to 49.46 wt% in the yield of bio-oil and 17.11 wt% for the yield of aromatic in bio-oil. Not only this, there are other invaluable elements in the chemical industry, such as furans, phenols, amines, and amides for agricultural, nutraceutical, biopharmaceutical, and in the food industry including antioxidant and antimicrobial agent

บทคัดย่อ

          งานวิจัยนี้ต้องการแสวงหาการเพิ่มคุณค่าให้กับชีวมวลเปลือกเมล็ดกาแฟและลดมลภาวะที่เกิดจากอุตสาหกรรมการผลิตกาแฟ น้ำมันชีวภาพนี้เป็นแหล่งพลังงานทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลและลดก๊าซเรือนกระจก โดยการผลิตน้ำมันชีวภาพที่มีสารประกอบอะโรมาติกสูงจากเปลือกเมล็ดกาแฟด้วยกระบวนการไพโรไลซิสโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา 2, 5, 10%wt. Co/HZSM-5 และ 2, 5, 10%wt. Ni/HZSM-5 จากสองเครื่องปฏิกรณ์ คือแบบเบด-นิ่ง (FBR) และแบบไมโครเวฟ (MCR) ที่อุณหภูมิ 450 องศาเซลเซียส, สัดส่วนปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาต่อเปลือกเมล็ดกาแฟ (Catalyst/Husk) เท่ากับ 0.05, ขนาดเปลือกเมล็ดกาแฟ 1.6-2.8 มิลลิเมตร โดยทำการเปรียบเทียบร้อยละปริมาณผลได้ของน้ำมันชีวภาพ และร้อยละปริมาณของอะโรมาติกที่พบในน้ำมันชีวภาพจากการทดสอบด้วย GC/MS พบว่าร้อยละปริมาณผลได้ของน้ำมันชีวภาพเป็น 51.76 wt% ร้อยละปริมาณของอะโรมาติกในน้ำมันชีวภาพเป็น 19.02 %wt.  ผลิตจากตัวเร่งปฏิกิริยา 10 %wt. Co/HZSM-5 ด้วยเครื่อง MCR ดังนั้นจึงเลือกตัวเร่งปฏิกิริยา 10%wt. Co/HZSM-5 และเครื่อง MCR ทำการทดลองเพื่อหาสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตน้ำมันชีวภาพ โดยจำลองการทดลองด้วยวิธีพื้นผิวตอบสนอง (RSM) แบบบ็อกซ์-เบห์นเคน (Box-Behnken design, BBD) ซึ่งกำหนดตัวแปร 3 ชนิด ได้แก่ อุณหภูมิในช่วง 350-500 องศาเซลเซียส, Catalyst/Husk ในช่วง 0.03-0.07, ขนาดเปลือกเมล็ดกาแฟในช่วง 0.5-4 มิลลิเมตร ด้วยการเข้ารหัส(-1, 0, 1) ซึ่งรูปแบบสมการกำลังสอง (Quadratic model) พบสภาวะเหมาะสมสำหรับการผลิตน้ำมันชีวภาพที่ 500 องศาเซลเซียส, Catalyst/Husk 0.07, ขนาด 2.8-4 มิลลิเมตร พบร้อยละปริมาณผลได้ของน้ำมันชีวภาพ 49.46 wt% และร้อยละปริมาณของอะโรมาติกในน้ำมันชีวภาพ 17.11 wt% นอกจากนี้ยังมีองค์ประกอบอื่นๆที่มีคุณค่าในอุตสาหกรรมเคมี เช่น ฟูแรน ฟีนอล เอมีนและเอไมด์ สำหรับการเกษตร โภชนาการ ชีวเภสัชภัณฑ์ และอุตสาหกรรมอาหารโดยเป็นสารต้านอนุมูลอิสระหรือสารต้านจุลชีพ