ACTIVATED CARBON PREPARATION FROM SUGARCANE LEAF VIA LOW TEMPERATURE HYDROTHERMAL FOR AQUATIC TREATMENT

Abstract

This research studied the effects of hydrothermal pretreatment process, concentration of KMnO4 (0%, 1%, 3%, and 5%wt), and the activation temperature (300, 350, and 400°C) on the production activated carbon samples from sugarcane leaves used as the starting material. The preparation of activated carbon samples made without the hydrothermal pretreatment process showed decreasing percentage yields of 36.5000, 23.4667, and 16.4000 with increasing activation temperature of 300, 350 and 400°C, respectively. In the case of the hydrochar activated carbon (activated carbon samples made with the hydrothermal pretreatment process), the results showed that decreasing percentage yields of 36.2333, 23.3669, and 20.3286 with increasing activation temperature. Increasing KMnO4 concentration showed the same trend for percentage yield as increasing activation temperature for all conditions. In the case of the ash percentage content, the same trend has been observed for all conditions. The volatile matter percentage content decreased with increasing activation temperature and KMnO4 concentration, that relates to higher fixed carbon percentage. However, at the activation temperature of 300°C the results obtained with 3% and 5%wt of KMnO4 showed opposite results. Furthermore, the moisture percent content showed increasing values with increasing activation temperature and increasing KMnO4 concentration, up to 3% wt. However, the moisture percentage has decreased when 5%wt of KMnO4 was used for all of the activation temperatures. This can be due to excessive amount of KMnO4 occluding the surface area of the activated carbon product and possibly producing oxide compounds of Mn and K, which are resistant to decomposition by heat treatment. In terms of elemental analysis, the hydrochar activated carbon products obtained at increasing activation temperatures showed increasing carbon content. In addition, the O/C ratio of the hydrochar activated carbon samples increased with increasing of KMnO4 concentration. The hydrothermal pretreatment process and activation temperature showed the effect of the increasing content of aromatic compounds in the products. The addition of KMnO4 into the activated carbon resulted in the formation of functional groups such as C-O, Mn-OH, O-Mn-O, and Mn-O on the surface of activated carbon samples. The addition of KMnO4 caused increases of negative zeta potential values in the pH range from 3 to 11. The surface area and porous structure ​​of the hydrochar activated carbon samples showed increasing values with increasing activation temperature for all conditions. Moreover, increasing KMnO4 concentration resulted in increasing of the surface area. However, the values decreased when 5%wt of KMnO4 was used. This is because the excessive amount of KMnO4 occluded the surface of the product materials and damaged the porous structure of the activated carbon samples. The use of the hydrochar activated carbon sample made with 3% of KMnO4 at the activation temperature of 350 °C as a filter in an aquaponics system demonstrated that the quality of water was improved with pH rising from 7.2 to 7.4, DO rising from 9.6 to 13.3 mg/L, and turbidity decreasing from 2.90 to 2.54 NTU. Furthermore, the decrease of ammonia, nitrite, and orthophosphate concentrations with relative removal rates of 86.84%, 73.17%, and 53.33%, respectively, was obtained. These water quality improvements resulted in better growth of catfish and red oak lettuce because the plant root absorbed the nitrite and orthophosphate needed for their growth. In addition, the activated carbon powders that were used as the filter could adsorb and filter the suspended materials, which led to better water quality.

การเตรียมถ่านกัมมันต์จากใบอ้อย โดยการศึกษาผลของการไฮโดรเทอร์มอล ที่ปริมาณ KMnO4 0-5% และการไพโรไลซิสที่อุณหภูมิ 300-400°C ในการบำบัดน้ำเปรียบเทียบกับถ่านกัมมันต์จากใบอ้อยแบบไม่ผ่านการไฮโดรเทอร์มอล พบว่า ร้อยละผลผลิตของถ่านกัมมันต์ที่ผ่านจากไฮโดรเทอร์มอล (16.40 ถึง 36.50%) สูงกว่าถ่านกัมมันต์ที่ไม่ผ่านการไฮโดรเทอร์มอล (20.33-42.14%) และสูงกว่าด้วยที่ปริมาณโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตเท่ากัน สำหรับธาตุองค์ประกอบ ปริมาณคาร์บอนของถ่านกัมมันต์จะเพิ่มขึ้นตามกระบวนการไฮโดรเทอร์มอลและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นในกระบวนการไพโรไลซิส นอกจากนี้อัตราส่วน O/C ของถ่านกัมมันต์เพิ่มขึ้นเมื่อปริมาณ KMnO4 เพิ่มขึ้น เนื่องจากการไฮโดรเทอร์มอลและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นในกระบวนการไพโรไลซิสมีผลทำให้อะโรมาติกเพิ่มขึ้น ในขณะที่ KMnO4 ทำให้พันธะของหมู่ฟังก์ชั่น C-O, Mn-OH, O-Mn-O และ Mn-O และผลิตภัณฑ์ไพโรไลซ์ KMnO4 ยังเพิ่มค่าศักยภาพประจุไฟฟ้าเชิงลบตลอดช่วง pH 3 ถึง 11 พื้นที่ผิวและความพรุนของถ่านกัมมันต์ที่ผ่านการไฮโดรเทอร์มอล เนื่องจากใช้ถ่านกัมมันต์ก่อนไฮโดรเทอร์มอล 3% KMnO4 ที่อุณหภูมิ 350°C เป็นตัวกรองในระบบอควาโพนิก จึงสามารถปรับปรุงคุณภาพน้ำด้วย pH 7.2-7.4 DO 9.6-13.3 มก./ลิตร และความขุ่นของ 2.35-2.90 น. นอกจากนี้ยังสามารถลดปริมาณแอมโมเนีย ไนไตรต์ และฟอสเฟตได้ด้วยอัตราการกำจัดสัมพัทธ์ = 86.84%, 73.17% และ 53.33% ตามลำดับ ส่งผลให้ปลาดุกและต้นโอ๊กแดงเจริญเติบโตได้ดี