การใช้ประโยชน์ขยะพอลิเมอร์กล่องบรรจุอาหารที่เกิดขึ้นจากธุรกิจส่งอาหารในช่วงการระบาดของโรคโควิด-19 เพื่อการผลิตเหล็กกล้าแบบยั่งยืน: การผลิตคาร์บอนกราไฟต์และการประยุกต์ใช้เป็นสารเพิ่มคาร์บอนในเหล็กเหลว

บทคัดย่อ

ขยะกล่องบรรจุภัณฑ์อาหารที่เป็นวัสดุพอลิเมอร์ที่ย่อยสลายยากซึ่งมีมากในช่วงการระบาดของโควิด โดยทั่วไปจะเป็นประเภทพอลิสไตรีน (PS) และ พอลิโพรไพลีน (PP) ขยะพลาสติกทั้งสองมีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลักซึ่งจำเป็นในกระบวนการผลิตเหล็ก ดังนั้นโครงการวิจัยนี้จึงพัฒนาวิธีใช้ประโยชน์ขยะพอลิเมอร์โดยเปลี่ยนเป็นคาร์บอนที่มีคุณค่าและนำมาใช้เป็นสารเพิ่มคาร์บอนในน้ำเหล็กในกระบวนการผลิตเหล็กกล้า PS และ PP จะถูกย่อยให้มีขนาดเล็กกว่า 10 มม. แล้วผสมด้วยอัตราส่วน PS/PP ที่ 100/0 ถึง 40/60 โดยน้ำหนัก รวมทั้งสิ้น 7 ตัวอย่าง โดยให้ชื่อว่า PS และ Blend#1 - Blend#6 จากนั้นนำมาผ่านกรรมวิธีทางความร้อนที่อุณหภูมิ 1550?C เป็นเวลา 15 นาทีและใช้เหล็กเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาภายใต้บรรยากาศอาร์กอน ถ่านคาร์บอนที่ได้จะถูกบดเป็นผงเพื่อวิเคราะห์สมบัติและศึกษาพฤติกรรมละลายของคาร์บอนเข้าสู่เหล็กเหลวโดยให้ทำปฏิกิริยากับเหล็กที่ 1550?C เป็นเวลาถึง 30 นาทีเทียบกับถ่านแอนทราไซด์ จากการทดลองพบว่า PS เป็นพลาสติกที่มีแคลเซียมไฮดรอกไซด์ (CaH2O2) ซึ่งสารเติมแต่งเจือปนมาด้วย แต่ถ่านคาร์บอนที่ผลิตได้จากขยะพลาสติกมีลักษณะเป็นคาร์บอนกึ่งผลึก ไม่พบแคลเซียมไฮดรอกไซด์เจือปนมาด้วยเนื่องจากเกิดการสลายตัวทางความร้อน ถ่านที่ผลิตได้มีปริมาณคาร์บอนอยู่ระหว่าง 86 - 91.47 wt% ซึ่งสูงกว่าแอนทราไซด์ (84.89 wt%) มีไฮโดรเจนต่ำกว่า 0.03 wt% ไนโตรเจนและซัลเฟอร์มีค่าอยู่ในช่วง 0.15-0.29 wt% และ 0.41-0.45 wt% ตามลำดับ คาร์บอนจาก PS มีพื้นที่ผิว 68.49 m2/g และจาก Blend#1 – Blend#6 มีค่าอยู่ระหว่าง 50.14 – 19.93 m2/g ตามลำดับ ตัวอย่าง PS และ Blend#1 – Blend#6 มีอัตราจลน์ของการละลายของคาร์บอนเข้าสู่น้ำเหล็กอยู่ในช่วง 1.46 x 10-3 – 8.4 x 10-3 s-1 ภายใน 4 – 10 นาทีแรกและจะช้าลงภายหลังโดยมีปริมาณคาร์บอนในเหล็กสูงสุดระหว่าง 4.08 – 4.97 wt% ในขณะที่แอนทราไซด์มีการละลายได้ช้ากว่ากรณีของขยะพลาสติกมาก โดยมีอัตราเพียง 0.88 x 10-3 s-1 ใน 4 นาทีแรกและค่อยๆ ช้าลงโดยมีคาร์บอนในเหล็กสูงสุดเพียง 2.8 wt% การส่งผ่านซัลเฟอร์เข้าไปในน้ำเหล็กในกรณีของตัวอย่าง PS และ Blend#1 – Blend#6 มีเพียง 0.01-0.025 wt% ซึ่งต่ำกว่าในกรณีของแอนทราไซด์ที่มีค่าประมาณ 0.02-0.07 wt% เถ้าออกไซด์ในคาร์บอนเป็นปัจจัยควบคุมอัตราการละลายของคาร์บอน กลไลการละลายของคาร์บอนจากขยะพลาสติกคือการหลุดของคาร์บอนอะตอมจากแลคทิชและการส่งผ่านมวล ส่วนในกรณีของแอนทราไซด์คืออันตรกิริยาที่บริเวณรอยต่อระหว่างเหล็กและคาร์บอนและการส่งผ่านมวลเนื่องจากมีเถ้าออกไซด์มากกว่า ดังนั้นถ่านคาร์บอนจากตัวอย่างขยะกล่องบรรจุอาหารสามารถใช้เป็นสารเพิ่มคาร์บอนในเหล็กทดแทนการใช้แอนทราไซด์ในอุตสาหกรรมเหล็กได้ 100% โดยไม่มีผลต่อคุณภาพน้ำเหล็ก

คำสำคัญ