79149-Article Text-190721-1-10-20170308

การเสือ่ มสภาพของสารละลายเชงิ ซ้อน Fe-EDTA ในปฏิกรณห์ มนุ เวยี นอตั โนมัติ สำ�หรับการกำ�จดั ไฮโดรเจนซลั ไฟด์: อทิ ธพิ ลชนิดของสารละลายบฟั เฟอร์ 19 การเสื่อมสภาพของสารละลายเชิงซ้อน Fe-EDTA ในปฏิกรณ์หมุนเวียนอัตโนมัติสำ�หรับการกำ�จัด ไฮโดรเจนซัลไฟด์ : อิทธพิ ลชนิดของสารละลายบฟั เฟอร์ Degradation of Fe-EDTA Complex Solution in an Auto-circulation Reactor for H2S Removal: Effect of Buffer Solution Type พิริยา อิศริวรรณ สนุ นั ท์ ลม้ิ ตระกูล และเทอดไทย วัฒนธรรม ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวศิ วกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลยั เกษตรศาสตร์ วทิ ยาเขตบางเขน Email : [email protected], [email protected], [email protected] บทคดั ย่อ การกำ�จัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์โดยปฏิกิริยาออกซิเดชันในสารละลายเชิงซ้อน Fe-EDTA ในปฏิกรณ์ หมนุ เวยี นอตั โนมตั ิ ประกอบดว้ ยปฏกิ ริ ยิ าก�ำ จดั กา๊ ซไฮโดรเจนซลั ไฟด์ในไรเซอร์ และปฏกิ ริ ยิ าฟน้ื สภาพสารเชงิ ซอ้ น Fe(II)-EDTA ด้วยก๊าซออกซิเจนในดาวน์คัมเมอร์ การฟ้ืนสภาพสารไม่สามารถทำ�ได้สมบูรณ์ เน่ืองจากเกิด การเสอ่ื มของสารเชงิ ซอ้ น Fe-EDTA การเลอื กชนดิ ของสารบฟั เฟอรท์ เ่ี หมาะสมชว่ ยลดการเสอื่ มลงได้ งานวจิ ยั น้ี ศกึ ษาอทิ ธพิ ลของชนดิ สารละลายบฟั เฟอร์ ทส่ี ง่ ผลตอ่ การเสอื่ มสภาพสารเชงิ ซอ้ น Fe-EDTA โดยพบวา่ Fe-EDTA เกดิ การเสอื่ มสภาพเปน็ μ-oxo dimer [Fe(III)-EDTA-O-Fe(III)-EDTA]4- และสารเชงิ ซ้อน Fe(III)-อื่นๆ ได้แก่ Fe(III)-NTA, Fe(III)-ED3A และ Fe(III)-IDA ทงั้ ในปฏกิ ิริยากำ�จัดและปฏิกริ ยิ าฟื้นสภาพ การใชส้ ารละลาย บฟั เฟอรช์ นดิ โซเดยี มซเิ ตรท สามารถลดการเสอื่ มของ Fe-EDTA ไดด้ ที ส่ี ดุ เมอื่ เทยี บกบั Tris-(hydroxymethyl) aminomethane และเบสแก่โซเดยี มไฮดรอกไซด์ คำ�ส�ำ คญั : การกำ�จดั ไฮโดรเจนซลั ไฟด์ สารเชิงซอ้ น Fe-EDTA ปฏกิ รณห์ มนุ เวียนอัตโนมัต ิ การเส่อื มสภาพ Abstract H2S removal via oxidation of Fe-EDTA complex solution is carried out in an auto-circulation reactor which consists of removal reaction in a riser and regeneration reaction of Fe(II)-EDTA with O2 in a downcomer. The Fe(II)-EDTA solution cannot be completely regenerated due to degradation of Fe-EDTA solution. Buffer solution can reduce the degradation. The effect of types of buffer solution on the degradation of Fe-EDTA solution is investigated. Fe-EDTA complex solution is partially degraded to μ-oxo dimer, [Fe(III)-EDTA-O-Fe(III)-EDTA]4- and other Fe-EDTA complex such as Fe(III)-NTA, Fe(III)-ED3A and Fe(III)-IDA in the removal and regeneration reactions. The degradation of Fe-EDTA solution in the system using sodium citrate as a buffer solution is the minimum when comparing to the uses of tris-(hydroxymethyl) aminomethane and sodium hydroxide.

20 วศิ วกรรมสาร มก. Keywords : H2S removal, Fe-EDTA complex solution, auto-circulating reactor, degradation 1. บทนำ� เพ่ือทำ�ปฏิกิริยากับก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ใหม่อีกครั้ง การกำ�จัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ในก๊าซชีวภาพ ท�ำ ใหเ้ กดิ การหมนุ เวยี นของเหลวในถงั ปฏกิ รณร์ ะหวา่ ง เป็นสง่ิ จำ�เปน็ เพราะกา๊ ซไฮโดรเจนซลั ไฟด์มีพิษ และ ไรเซอร์และดาวน์คัมเมอร์ โดยอาศัยความหนาแน่น มีฤทธิ์ในการกัดกร่อนสูง ก่อให้เกิดการกัดกร่อนต่อ แตกต่างกันในของเหลว ซึ่งเกิดจากการป้อนอัตรา อปุ กรณแ์ ละเครอื่ งจกั ร การก�ำ จดั กา๊ ซไฮโดรเจนซลั ไฟด์ การไหลของก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ในไรเซอร์ให้สูงกว่า ดว้ ยกระบวนการโลแคท (Lo-Cat process) เปน็ ปฏกิ ริ ยิ า อัตราการไหลของอากาศในดาวน์คัมเมอร์ ทำ�ให้ ออกซิเดชนั ในสารละลายเชิงซอ้ น Fe-EDTA [1] ซึ่ง ปฏิกรณ์ชนิดนี้สามารถทำ�ปฏิกิริยาการกำ�จัดก๊าซ เกิดจากการทำ�ปฏิกิริยาระหว่างสารละลายเชิงซ้อน ไฮโดรเจนซัลไฟด์ และฟื้นสภาพของสารละลาย Fe(III)-EDTA กับก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ ได้เป็น เชิงซ้อน Fe-EDTA ได้พร้อมกัน โดยปฏิกิริยา สารละลายเชงิ ซอ้ น Fe(II)-EDTA ทสี่ ามารถฟน้ื สภาพ ทางเคมีที่เกิดขึ้นแสดงในสมการที่ (1) และ (2) [3] เปน็ Fe(III)-EDTA แลว้ น�ำ กลบั มาใช้ใหมไ่ ด ้ นอกจากนี้ H2S(g) + 2Fe3+ 2H+ + S0 + 2Fe2+ (1) ตะกอนของก�ำ มะถันที่ได้ไมเ่ ป็นอนั ตราย และสามารถ O2(g) + 4Fe2+ + 2H2O 4OH- + 4Fe3+ (2) นำ�ไปใช้ประโยชน์ได้ อปุ กรณท์ ่ีใช้ในกระบวนการโลแคท คอื หอปฏกิ รณ์ ในการศึกษาการก�ำ จัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ โดย หมนุ เวยี นอตั โนมตั ิ (Auto - circulation) ประกอบดว้ ย การใชป้ ฏกิ รณแ์ บบหมนุ เวยี นอตั โนมตั ทิ อ่ี อกแบบขน้ึ [3] 3 ส่วน [2] คือ ไรเซอร์ (Riser) ซ่ึงเป็นส่วนที่ป้อน พบว่าไม่สามารถฟน้ื สภาพสารละลายเชงิ ซ้อน Fe(II)- ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟดท์ ตี่ อ้ งการกำ�จัดเขา้ ทางดา้ นล่าง EDTA ไดอ้ ยา่ งสมบรู ณส์ ง่ ผลใหป้ ระสทิ ธภิ าพการกำ�จดั ของเคร่ือง เพื่อทำ�ปฏิกิริยากับสารละลายเชิงซ้อน ลดลง เนอ่ื งจากการเสอื่ มสภาพของสารละลายเชงิ ซอ้ น Fe(III)-EDTA โดยที่สารละลายจะเปลี่ยนเป็นสาร Fe-EDTA [4] สารประกอบเชงิ ซอ้ นหรือสารประกอบ เชิงซ้อน Fe(II)-EDTA ส่วนก๊าซที่ถูกบำ�บัดแล้วจะถูก โคออร์ดิเนชันเป็นสารที่ประกอบด้วยอะตอมนิวเคลียส แยกออกที่ส่วนแยกก๊าซกับของเหลว (Gas-liquid ซง่ึ เปน็ อะตอมทอ่ี ยตู่ รงกลาง มกั เปน็ พวกโลหะทรานซชิ นั separator) ส่วนสารละลายเชิงซ้อน Fe(II)-EDTA เช่น Fe, Mn, Cr และมกี ลมุ่ ของไอออนหรอื โมเลกลุ จะไหลออกไปเขา้ ดา้ นบนของสว่ นดาวนค์ มั เมอร์ (Down- ต่างๆ ห้อมล้อมอยู่ ท่ีเรียกว่า ลิแกนด์ (ligand) ซ่ึง comer) เพ่ือฟ้ืนสภาพ โดยทำ�ปฏิกิริยากับอากาศ การสร้างพันธะระหว่างลิแกนด์กับโลหะที่เป็นอะตอม ทำ�ให้ได้สารเชิงซ้อน Fe(III)-EDTA และสารละลายน ี้ กลางเป็นแบบโคออร์ดิเนต โคเวเลนต์ โดยมกี ารแลก จะวนซ้ำ�จากดาวน์คัมเมอร์เข้าทางส่วนล่างไรเซอร์ เปล่ียนระหว่างอิเล็กตรอนของโลหะกับอิเล็กตรอน

ࡵ ࡜ ࡢ ࡧ ࡴ ࠸ ࡐ ࠸ ࡜ ࡩ ࠾ ࡴ ࡑ ࡑ  KHSWD 21 ࠸ࡴࡑࡑ࠹ࡼ࡭ࡐ>@ ࡕࡑ࡞ᕍࡩࡷࡘᕍ ࡘ ࡩ ࡚ ࡍ ࡖᕗᕇ ࡐ ࡡ ࡗ ࡩ ࡕ ࡡ ࡩ ࡚ ࡜ ࡧ ࡜ ࡩ ࡙ FRRUGLQDWH OLJDQG ࡋࡨ࠾ࡴࡡࡋ࠾ࡶࡐ ࡂᕎ ࡤ ࡐ  )H,,(การ'เสื่อ7มสภ$าพขอࡷงสาࡋรลᕎะࡤลาย࡙เชงิ ᕍซࡩ้อน࠾Fe-EDࡗTAࡩใࡕนปฏࡎิกรࡻ࡬ณห์ มุนเวียนอัตโนมࡂตั ิ สࡻ࡭࠾ำ�หࡘรบั ก࡬ࡵารࡘกำ�จࡳัด࡜ไฮโ࠸ดรเ࡯จ࡜นซ࠹ลั ไฟࡤด:์ ࠾อิทࡐธพิ ลࡼࢀࡩชนดิ ของสารละลายบัฟเฟอร์ ࡚ࡊᕑࡡᕍ࠾ࡓ࡜ࡶࡢᕎࡒ࡚ࡧࡡ࡫ࡎࡏ࡫ࡗࡩࡕ࠸ࡩ࡚ ࡒ࡚ࡧ࠸ࡤࡑࡤ࡙ࡰᕍࡋᕎ࡞࡙ࡡࡩࡘࡩ࡚ࡍࡳ࠹࡬࡙ࡐࡡࡰࡌ࡚ ࠿ࡨ ࡋ ࡜ ࡋ ࡜ ࠾ บรࡳิเࡐวณ࡮ࡻ ࡤหม࠾ู่ได࠿รࡩอก࠸ซิล࠸แࡩล࡚ะไนโࡷตรࡋเจᕎ นࡳ ขࡒอᕕ งࡐลิแกน>ด)์ Hก,ับ,,โลห(ะแ'กน7ก$ลาง+แบบ2he@pta coordinate ligand ࡘ ࡡ ࡗ ࡩ ࡕ ࠹กลࡤาย࠾เปࡡ็นสࡩา࡚รป࡜ระࡧกอ࡜บเࡩชิง࡙ซ้อนขࡢ้ึน ࡩท้ัง࠸นี้ลิแࡡกนࡩด์ท่࡚ีใชࡒ้ ࡚ดังࡧแส࠸ดงࡤในࡑภาพࡁที่ ࡐ1࡫ ࡋซึ่งมࡐีโมࡼ࡬ เลกุลของน้ำ�ประกอบ ࡂᕎࡤࡐ)H('หล7าย$อะตอมในการสร้าง>พัน@ธะกࡳับ࠸โล࡫ࡋหะࡒจะࡆถ࡫ูก࠸เร࡫࡚ีย࡫࡙กวࡩ่าࡡࡩอยࡘดู่ ว้ࡩย࡚สࡍามࡳา࠸รถ࡫ࡋเขࡷยี นࡋสᕎ࠿ตู รࡩได࠸เ้ ปน็ [Fe(III)-EDTA(H2O)]- ࡡࡩ࡚ࡒ࡚ࡧ࠸chࡤelࡑatࡳinࡁg a࡫࠾gࡂenᕎtࡤ สࡐารࡢปร࡚ะก࡮ࡤอบเช࠸งิ ซࡩอ้ ࡚นࡴFeࡎ(IIࡐI)-ࡎED࡬ࡻࡵTࡘAࡳ࡜࠸หา࡯࡜กสา+รปร2ะกอࡋบชᕎ࡞น࡙ดิ น2เี้ กดิ +ปฏกิ ริ ยิ า สามารถเกดิ ไดจ้ าก ࡒ࡚ࡧ࠸ࡤࡑเࡵกิด࠻จࡤากࡤพ࡚ันᕑࡋธะ࡫ࡳโࡐคอࡁอดࡨࡐิเนࡳตࡒโᕕࡐควาเลน+ต์ระ6หว่าง+E6DTA การแทนที่โมเลกุล H2O ดว้ ย OH-, H2S, HS- ࡚ ࡎ࡬ࡻ ࡒ ࡚ ࡧ ࠸ ࡤ ࡑ ࡋᕎ ࡞ ࡙ ࡤ ࡧ ࡌ ࡤ ࡘ ࠻࡜࡬࡙ࡡࡂࡻ࡭࠾ࡳࡒᕕࡐࡤࡧࡌࡤࡘࡎࡻ࡬ࡤ࡙ࡰᕍࡌ࡚࠾ ࠾ࡘࡨ࠸ࡳࡒᕕࡐࡕ࡞࠸ࡵ࡜ࡢࡧࡎ࡚ࡩࡐࡂ࡫ࡁࡨࡐ )H 0Q &U ࡴ࡜ࡧࡘ࡬࠸࡜ᕍ࡯ࡘ࠹ࡤ࠾ ࡤ ࡐ ࡢ ࡚࡮ ࡤ ࡵ ࡘ ࡳ ࡜ ࠸࡯ ࡜ ࡌᕍ ࡩ ࠾  ࡹ  ࡢᕎ ࡤ ࡘ ࡤ࡙ᕍࡰࡎࡻ࡬ࡳ࡚࡬࡙࠸࡞ᕍࡩ ࡜࡫ࡴ࠸ࡐࡋᕑ ࡂࡻ࡭࠾࠸ࡩ࡚ࡡ࡚ᕎࡩ࠾ࡕࡨࡐࡏࡧ ภาࡗพࡩทࡕี่ 1ࡎสา࡬ࡻ รเชิงࡡซอ้ࡩน࡚ࡳ[Fࡁe(࠾࡫ IIࡂI)EᕎࡤDࡐTA(H2O)]- [5] DQG ࡞ᕍࡩ ࠾࡜࡫ ࡴ࠸ࡐ ࡋᕑ1࠸.1ࡨ ࡑ กࡵล࡜ไกࡢกาࡧรเࡎกิด࡬ࡻ ࡳซࡒัลᕕเࡐฟอร์ >)H,,,('7$+เกดิ 2เปน็ @su>lfu@r-bridged iron chelate dimer [Fe(III)- ࡞࠸ࡤ࡞ࡳࡌࡘᕍࡩ࡜࠸࠾࡚ࡐࡤࡤ࡜ࡌ࡫ࡳࡩࡐᕑ࡜࠾ࡵࡑࡺ࠸ࡳࡋࡒ࡚ࡌ࡙࡫ᕕࡳࡐiโF ࡚r࡞ดࡘeoࡴࡤย(nࡊI࡬࠸ เIࡑࡐIรc)ࡩิ่-มࡢࡑh E࠹จ࡚eกDࡵࡘาlาࡴࡤaTก࠻รᕍࡰtࡷAeเเ࡜࠾กกࡤࡋࡵดิ࠸ิดก[ࡤFป࡚บัป࡜eࡳฏ࡚ฏ(ࡤࡒࡢHIกิ ᕑิกࡋIริI2࠸࡜ิร)Sࡧยิ-࡫ࡳิยEา࡬ࡻࡂ࡙ࡐ࠸[าร5Dะผ]ࡨࡐ࡫ࡑࡌ࡜TหันแAวสกา่(ดHลงࡡงสับ2Oดาไࡩังรด)]สป࡚-้ขมรอࡒกะก࠸งบักา࠸࡚อร࡜ࡧaHบทࡩࡷqเ࠸่ี2ชS(࡚u࠸3งิࡤa)ࡳซ࠸(–taࡑอ้࠸e(q6ࡩนdࡳ))࡫ ࡋ࡚ࡁࡳࡒ࠸࡫࠾แทEEࡂDล�ำDࡆࡋ࡫ กะTTࡂ࡫ᕎࡤบัส࠸AAตุดࡐ-ࡨ࡜-࡫ ࡚วัSทSเ-ࡳ้าn࡫อ࡙F-ࡖยFงee(ࡩࡤจIA(IนII࡚࡚I)SเI-ก)nEᕑࡧ)-AดิDEࡢHเDTปจATน็࡞ะ,A]อส4,ᕍ ࡩ-น,]ลโ4-กุดา࠾ซยรย่ึงมตไดัวnnเไมมดขอีค้เอรปา่งน์ ็นอจ้ีAกยะSำ�รู่เnกมะAดิหะปวถ[Fา่ฏันeงกิ (Iริ2(ISยิI-)88า-) ࡧ  ࡷ ࡐ ࡵ ࡌ ࡚ ࡳเ࠿กิดࡐเป็น࠹ ࡤch࠾ela࡜te࡫ ࡴd ࠸Feࡐ-SࡋHᕑ [F(e(I'II)7-E$DT࠸A(ࡨࡑSH+)]2-6และ>สา@รประกอบࡴเชࡡิงࡋซ้อ࠾นࡋFࡨ࠾e(II)-EDTA ซ่ึงสามารถ ࡙ࡳࡒᕕࡐࡡࡩ࡚ࡒ࡚จาࡧก࠸น้ัࡤนเࡑกิดࡳปࡁฏ࡫࠾ิกࡂิริยᕎࡤารࡐะห࠹ว่า࡭ࡼࡐง[Fࡡe(ࡘIII࠸)-EࡩD࡚TࡎAࡻ࡬(SH)]2- ದน�ำ กลบัม าใࡵชࡋ้ให࡙มࡳไ่ ด้࡚ ดࡻ࡫ࡘว้ ࠿ยกࡩา࠸รทำ�ปฏกิ ริ ยิ าการฟน้ื สภาพ ࡜࡫ࡴ࠸ࡐࡋᕑࡎࡻ࡬ࡶกࡁับᕎࡢ[F࡜e(ࡩIII࡙)-EࡤDࡧTࡌA(ࡤH2ࡘOࡶ)]-ࡐซึง่ เปࡳน็ ࠸ปฏ࡫ ࡋิกริ ࡒยิ าผࡆัน࡫ ก࠸ล࡫ ับ࡚ไ࡫ ด้࡙ ࡩกࡓับࡨอࡐอก࠸ซิเ࡜จนࡨ ࡑเป็นࡷ Fࡋeᕎ(࠹III)ࡤ-E࠾DT A ࡡ ࡚ᕎ ࡩ ࠾ ࡕࡨ ࡐ ࡏ ࡧ ࠸ࡨ ࡑ ࡵ ࡜ ࡢࡧ ࠿ ࡧ ࡍࡰ ࠸ DTXDWHG LURQ FKHODWH >)H,,, ࠸࡞ᕍࡩFKHODWLQJ D[FJe(HIIQI)-WED TA(H2O)]- + H2S H+ + [Fe(III)EDTA(SH)]2- (3) [Fe(III)-EDTA(SH)]2- + [Fe(III)-EDTA(H2O)]- [Fe(III-)EDTA-S-Fe(III)-EDTA]4- + H+ (4) n[Fe(III)-EDTA-S-Fe(III)-EDTA]4- [Fe(III)-EDTA-Sn-Fe(III)-EDTA]4- (5) [Fe(III)-EDTA-Sn-Fe(III)-EDTA]4- nS8 + n[Fe(II)-EDTA(H2O)]2- (6)

22 วิศวกรรมสาร มก. 1.2 กลไกการเกิดปฏิกิริยาฟ้ืนสภาพ Fe(II)- มากเกินพอ ซึ่งเกิดเป็นไดเมอร์ชนิด [(EDTAH)- EDTA (III)Fe(O22-)Fe(III)-(EDTAH)]4- ที่จะสลายกลับไป ได้เป็นสารเชิงซ้อน [Fe(III)-(EDTAH)(H2O)]- ในงานวจิ ยั ท่ผี ่านมา [6] ไดเ้ สนอกลไกการฟน้ื และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) ดังสมการที่ สภาพของสารประกอบเชิงซ้อน Fe-EDTA โดยเกิด (7)–(11) ปฏิกิริยาระหว่าง Fe(II)-EDTA กับออกซิเจนที่ [Fe(II)-EDTA(H2O)]2- + H+ [Fe(II)-(EDTAH)(H2O)]- (7) [Fe(II)-(EDTAH)(H2O)]- + O2 [Fe(II)-(EDTAH)(O2)]- + H2O (8) [Fe(II)-(EDTAH)(O2)]- [Fe(III)-(EDTAH)(O-2)]- (9) [Fe(II)-(EDTAH)(H2O)]- + [Fe(III)-(EDTAH)(O-2)]– [(EDTAH)-(III)Fe(O22-)Fe(III)-(EDTAH)]4- + H2O (10) [(EDTAH)-(III)Fe(O22-)Fe(III)-(EDTAH)]4- + 2H2O 2[Fe(III)-(EDTAH)(H2O)]- + H2O2 (11) 1.3 อิทธพิ ลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ สภาพสารละลาย ท�ำ ใหเ้ กิดเปน็ H2O2 [7] ซงึ่ สามารถ ในการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าออกซเิ ดชนั ของสารเชงิ ซอ้ น แตกตวั เปน็ ไฮดรอกซลิ แรดเิ คลิ (*OH) และไฮดรอกไซด์ Fe-EDTA กับ H2S จะทำ�ให้เกิดโปรตอน (H+) ข้ึน (OH-) ซึ่งไฮดรอกซิลแรดิเคิลเป็นสาเหตุทำ�ให้เกิดการ ซง่ึ มผี ลตอ่ สารเชงิ ซอ้ น Fe(II)-EDTA ในปฏกิ ริ ยิ าการฟน้ื สลายตวั ของสารเชงิ ซอ้ น Fe-EDTA ดงั สมการ (12)–(14) 2[Fe(II)-EDTA]2- + O2 + 2H+ H2O2 + 2[Fe(III)-EDTA]2- (12) [Fe(II)-EDTA]2- + H2O2 [Fe(III-)EDTA]2- + *OH + OH- (13) Degradation of EDTA (14) EDTA + *OH          ภาพที่ 2 การเส่อื มสลายของสาร Chelating agent (EDTA)  Liquid sampling

การเสื่อมสภาพของสารละลายเชงิ ซ้อน Fe-EDTA ในปฏิกรณ์หมนุ เวยี นอตั โนมตั ิ สำ�หรับการกำ�จดั ไฮโดรเจนซัลไฟด:์ อิทธพิ ลชนดิ ของสารละลายบฟั เฟอร์ 23 การสลายตวั ของสารเชงิ ซอ้ น EDTA (Degra- 2. อุปกรณ์และวิธกี ารทดลอง dation) เกดิ จากการท่ีไฮดรอกซิลแรดเิ คลิ เขา้ ไปสรา้ ง การทดลองน้ีศึกษาอิทธิพลของชนิดสารบัฟเฟอร์ พนั ธะกบั ลแิ กน Chelating agent บรเิ วณกลมุ่ ของ CH2 ตอ่ การเสอ่ื มสภาพของสารละลายเชงิ ซอ้ น Fe-EDTA หรือกลุ่มของอะซิเตททำ�ให้เกิดการสลายตัวของสาร แบ่งเป็น 2 สว่ น โดยสว่ นแรกเปน็ การศกึ ษาในปฏิกรณ์ เชงิ ซอ้ นขนึ้ [7] จากภาพท่ี 2 แสดงวา่ Ethylenediamine กวนแบบกึ่งงวด ระบบประกอบด้วยถังแก้วก้นกลม tetraacetic acid (EDTA) สามารถสลายตัวเป็น ใบกวน และท่อเก็บตัวอย่างสองท่อ การทดลอง Nitrilo triacetic acid (NTA), Imino diacetic acid ใช้ความเข้มข้นสารละลายเชิงซ้อน Fe(III)-EDTA (IDA), Ethylenediamine triace Tic acid (ED3A), เร่ิมต้น 9.85 โมล/เมตร3 ปริมาตร 1 ลิตร ปรับค่า S-Ethylenediamine diortho hy droxyphenyl acetic acid (S-EDDA), U-Ethylene diamine pH ที่ 8.0 ดว้ ยสารละลายบฟั เฟอร์ต่างชนดิ กนั ได้แก่ diortho hydroxyphenyl acetic acid (U-EDDA) สารโซเดียมซิเตรท สาร Tris-(hydroxymethyl) และ Glycine amino-methane และสารโซเดียมไฮดรอกไซด์ และ อยา่ งไรกต็ ามการสลายตวั ของสาร Chelating ป้อนก๊าซผสมที่มีความเข้มข้นของ H2S 0.1% โดยโมล agent สามารถป้องกันได้ด้วยการเลือกใช้ชนิดของ กวนด้วยความเร็วรอบมอเตอร์ใบกวนที่ 500 rpm สารละลายบัฟเฟอร์ (Buffer solution) ที่เหมาะสม เป็นเวลา 2 ช่ัวโมง เก็บผลในระบบการกำ�จัดก๊าซ เพื่อให้เกิดปฏิกิริยากับไฮดรอกซิลแรดิเคิล ซึ่งเป็น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ จากนั้นปิดไฮโดรเจนซัลไฟด์ แรดเิ คิลอสิ ระ ป้องกนั การเกดิ hydroxylation และ แล้วป้อนอากาศเป็นเวลา 1 ชั่วโมง เก็บผลในระบบ การสลายตัวของลิแกนด์ สารท่นี ิยมใช้ได้แก่ sodium การฟ้นื สภาพสารละลายเชงิ ซ้อน Fe(II)-EDTA thiosulphate (Na2S2O3), ethyleneglycol (C2H6O2), ส่วนท่ีสอง เป็นการศึกษาการกำ�จัดก๊าซไฮโดร- potassium thiocynate (KSCN), และ sodium citrate เจนซัลไฟด์ของระบบจริง ในปฏิกรณ์แบบหมุนเวียน อตั โนมตั ทิ เ่ี กดิ ปฏกิ ริ ยิ าการก�ำ จดั กบั สารละลายเชงิ ซอ้ น (C6H5Na3O7) [8] ดังนั้นงานวิจัยน้ีจึงศึกษาอิทธิพลชนิดของ Fe(III)-EDTA พร้อมๆ กับปฏิกิริยาการฟื้นสภาพ สารละลายบัฟเฟอร์ท่ีมีผลต่อการเสื่อมสภาพของ สารละลายเชิงซ้อน Fe(II)-EDTA ปฏิกรณ์นี้แสดง สารละลายเชิงซ้อน Fe-EDTA ซ่ึงสารบัฟเฟอร์ที่ ดังภาพที่ 3 ใช้ความเข้มข้นสารละลายเชิงซ้อน นิยมใช้มี 2 ชนิด คือ สาร Tris-(hydroxymethyl) Fe(III)-EDTA เริม่ ตน้ 9.85 โมล/เมตร3 ปรับค่า pH aminomethane ซ่ึงพบว่ามีประสิทธิภาพการเป็น ท่ี 8.0 ด้วยสารละลายบัฟเฟอร์ต่างชนิดกัน ได้แก่ บฟั เฟอรท์ ด่ี ี แตม่ รี าคาแพง และสารโซเดยี มซเิ ตรท ซง่ึ มี สารโซเดียมซิเตรท และสาร Tris-(hydroxymethyl) ราคาถกู กวา่ แตก่ ม็ ีประสิทธิภาพการเป็นสารบัฟเฟอร์ aminomethane ป้อนก๊าซผสมที่มีความเข้มข้น ทดี่ อ้ ยกวา่ สาร Tris-(hydroxymethyl) aminomethane ของ H2S 0.3% โดยโมล ด้วยอัตราการไหล 37 ลิตร นอกจากน้ียังศึกษาการเส่ือมสภาพของ Fe-EDTA ตอ่ นาที เข้าทางด้านล่างไรเซอร์ พร้อมท้ังปอ้ นอากาศ ในสารละลายที่ไม่ใช้สารบัฟเฟอร์ แต่ใช้เบสแก่ ด้วยอตั ราการไหล 7 ลติ รต่อนาทีเขา้ ในดาวน์คัมเมอร์ โซเดียมไฮดรอกไซด์ เน่ืองจากเป็นสารที่มีราคาถูก ทดลองเป็นเวลา 12 ชวั่ โมง เพอื่ ศกึ ษาการเสอ่ื มสภาพ และหาไดง้ า่ ย

24 วิศวกรรมสาร มก. ของสารละลายเชิงซ้อน Fe-EDTA ที่มีการนำ�สาร 3. ผลการทดลองและวจิ ารณ์ ละลายกลบั มาใช้ใหมอ่ ยา่ งตอ่ เนอื่ ง โดยแบง่ การทดลอง การเสอ่ื มสภาพของสารละลายเชงิ ซอ้ น Fe-EDTA นน้ั เปน็ 3 รอบ ใชเ้ วลารอบละ 4 ชวั่ โมง เมอื่ ครบแตล่ ะรอบ สามารถแบง่ เปน็ 2 กลมุ่ ซง่ึ กลมุ่ แรกคอื การเกดิ เปน็ μ-oxo จะหยดุ การปอ้ น H2S เหลอื แตก่ ารปอ้ นอากาศเปน็ เวลา dimer เขยี นสตู รได้ [Fe(III)-EDTA-O-Fe(III)-EDTA]4- 1 ชั่วโมง เพ่ือให้เกิดปฏิกิริยาการฟื้นสภาพสารละลาย เชิงซ้อน Fe(II)-EDTA ได้เต็มที่ ฟื้นสภาพเต็มที่ ซึ่งสารชนิดนี้ยากต่อการสลายตัว และไม่ทำ�ปฏิกิริยา ทั้งหมด 2 รอบ ความเข้มข้นของก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ วิเคราะห์ กบั H2S กลมุ่ ทส่ี อง คอื การเกดิ เปน็ สารละลายเชงิ ซอ้ น โดยใช้เคร่ือง Gas chromategraphy (Shimadzu GC 1 4) ชนดิ หวั วดั แบบ FTD และ Packing column Fe(III)-อ่ืนๆ เช่น Fe(III)-NTA, Fe(III)-ED3A และ Fe(III)-IDA ซึ่งเป็นสารละลายเชิงซ้อนที่มีความ เสถยี รต่ำ� สลายตัวไดง้ ่ายกวา่ Fe(III)-EDTA มาก 3.1 ผลของสารละลายบฟั เฟอร์ ในปฏกิ รณก์ วน แบบก่งึ งวด ชนิด Gaskuropack54 การวิเคราะห์ความเข้มข้น ปฏิกรณ์กวนแบบกึ่งงวดสะดวกในการแยก ของสารละลาย Fe(III)-รวม ใช้เครื่อง Atomic ศึกษาปฏิกิริยาการกำ�จัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ ออกจากปฏิกิริยาการฟื้นสภาพสารละลายเชิงซ้อน Absorption (Varian Spectra AA 300/400) Fe(II)-EDTA และการศึกษาน้ีใช้ค่า pH เร่ิมต้นท่ี การวเิ คราะหช์ นดิ และความเขม้ ขน้ สารประกอบเชงิ ซอ้ น 8.0 ศึกษาเฉพาะระบบที่ใช้สารบัฟเฟอร์และเบสแก่ Fe(III) ในสารละลาย ใช้เคร่อื ง High Performance เพราะระบบที่ไม่ใชส้ ารบฟั เฟอรแ์ ละเบสแก่ จะมคี า่ pH Liquid Chromatography (HPLC) รนุ่ SPECTRA ทต่ี �ำ่ กวา่ 8.0 ผลการทดลองพบวา่ เกดิ สาร μ-oxo dimer SYST EM และมีคอลัมน์ชนิด C-18 รุ่น Mightysil ทง้ั ในปฏิกริ ยิ าการกำ�จดั ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ และใน RP-1 8 GP 5 µm 250 x 4.6 mm ปฏกิ ริ ยิ าการฟนื้ สภาพสารละลายเชงิ ซอ้ น Fe(II)-EDTA ในขณะการเกิดเป็นสารละลายเชิงซ้อน Fe(III)-อื่นๆ Liquid sampling Gas sampling พบแต่ในปฏิกริ ยิ าการฟน้ื สภาพสารละลายเทา่ น้นั Gas 3.1.1 การเกดิ μ-oxo dimer separator ในการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าการก�ำ จดั กา๊ ซไฮโดร- Riser เจนซลั ไฟด์ พบวา่ ค่าความเขม้ ข้น Fe(III)-EDTA มีคา่ น้อยกว่า Fe(III)-รวม แสดงว่าเกิดการเสื่อมสภาพของ Downcomer สารละลายเชงิ ซอ้ น Fe(III)-EDTA เปน็ μ-oxo dimer แสดงในสมการที่ (15) และ (16) โดยสารละลายที่ใช้ Downcomer Air บัฟเฟอร์ชนิดโซเดียมซิเตรท Tris-(hydroxymethyl) distributor Compressor aminomethane และเบสแก่โซเดียมไฮดรอกไซด์ เกิดเป็น μ-oxo dimer และสารเส่ือมสภาพอ่ืน Butterfly Mixing เปน็ จ�ำ นวน 0.11, 0.12 และ 0.14 โมล/เมตร3 ตามล�ำ ดบั Valve ดังแสดงในตารางท่ี 1 (drain) 40% H2S N2 gas gas   ภาพที่ 3 ปฏิกรณ์หมุนเวยี นอัตโนมัติ   EDTA  NTA ED3A IDA

การเสื่อมสภาพของสารละลายเชิงซ้อน Fe-EDTA ในปฏกิ รณ์หมุนเวยี นอตั โนมตั ิ สำ�หรบั การกำ�จดั ไฮโดรเจนซัลไฟด:์ อทิ ธพิ ลชนดิ ของสารละลายบัฟเฟอร์ 25 [Fe(III)-EDTA(H2O)]- + OH- H2O + [Fe(III)-EDTA(OH)]2- (15) [Fe(III)-EDTA(OH)]2- + [Fe(III)-EDTA(H2O)]- [Fe(III)-EDTA-O-Fe(III)-EDTA]4-+ H+ (16) ในสารละลายท่ีใชส้ ารบฟั เฟอร์โซเดยี ม- สารละลายบัฟเฟอร์ต่างชนิดกันมีผล ซิเตรท Tris-(hydroxymethyl) aminomethane ต่อความเป็นกรดด่างของสารละลายในปฏิกิริยา และเบสแก่โซเดียมไฮดรอกไซด์ เกิดการเส่ือมสภาพ การกำ�จัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ เม่ือฟ้ืนสภาพสาร ของสารเชิงซ้อน Fe(III)-EDTA เปน็ μ-oxo dimer ละลายน้ี เกิดการสลายตัวของสาร Fe(III)-EDTA และสารเสื่อมสภาพอ่ืน จากทั้งปฏิกิริยาการกำ�จัด เป็นสารละลายเชิงซ้อน Fe(III)-คีเลทอื่น รวมเป็น H2S และปฏิกิริยาการฟ้ืนสภาพสารละลายเชิงซ้อน จ�ำ นวน 0.42, 0.40 และ 0.26 โมล/เมตร3 Fe(II)-EDTA รวมเปน็ จ�ำ นวน 0.29, 0.34 และ 0.74 เมอื่ ใชส้ ารบฟั เฟอรช์ นดิ Tris - (hydro- โมล/เมตร3 ตามล�ำ ดบั ดงั แสดงในตารางที่ 1 แสดงวา่ xymethyl) aminomethane, โซเดยี มซเิ ตรท และเบสแก่ สารละลายที่ใช้โซเดยี มซเิ ตรทเกดิ การเสอ่ื มสภาพของ โซเดยี มไฮดรอกไซด์ ตามล�ำ ดบั ดงั แสดงในตารางท่ี 1 Fe(III)-EDTA เปน็ μ-oxo dimer และสารเสอื่ มสภาพ การสลายตัวของสารละลายเชิงซ้อน Fe(III)-EDTA อ่นื น้อยท่สี ดุ โดยมคี า่ 0.29 โมล/เมตร3 ในตารางท่ี 1 เกิดจากอิทธิพลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่เกิดใน ค่า Fe(III)-รวม Fe(III)-EDTA และ Fe(III)-คีเลทอ่นื ๆ ปฏิกริ ยิ าการฟืน้ สภาพ [9] ดงั สมการท่ี (17) และ (18) ได้จากเครื่องมือวิเคราะห์ สว่ นคา่ μ-oxo dimer และ โดยไฮดรอกซิลแรดเิ คลิ (*OH) ที่เกดิ ขึน้ น้ีจะไปเกาะกับ สารเสอ่ื มสภาพอนื่ ไดจ้ ากการดลุ มวลผลตา่ งของ Fe(III) โครงสรา้ งของ EDTA บรเิ วณ CH2 ท�ำ ใหเ้ กดิ การแตกของ รวม ลบด้วย Fe(III)-EDTA และ Fe(III)-คีเลทอืน่ ๆ พนั ธะระหวา่ ง C-N ในโครงสรา้ งของสารละลายเชงิ ซอ้ น 3.1.2 การเกิดสารละลายเชิงซ้อน Fe(III) Fe(III)-EDTA และ Fe(II)-EDTA ดงั สมการ (19)-(21) อ่ืนๆ ในรูป NTA, ED3A และ IDA 2[Fe(II)-EDTA]2- + O2 + 2H+ 2[Fe(III)-EDTA]2- + H2O2 (17) [Fe(II)-EDTA]2- + H2O2 [Fe(III)-EDTA]2 + *OH + OH- (18) EDTA + *OH degradation of EDTA (19) [Fe(II)-EDTA]2- + *OH [Fe(II)L]n- (20) [Fe(III)-EDTA]2- + *OH [Fe(III)L]n- (21)

26 วศิ วกรรมสาร มก. 012 864 02 ตารางท่ี 1 ความเข้มข้นของสารละลาย Fe(III) ที่เกิดข้นึ ท้งั หมด ®œnª¥ mol/m3 ®œ F­eµ(¦I¨I(I³I))¨-¦µ¥ª¤´¢ÁF¢e°(I¦Ir I(I)-IE)DTAÁ„—·nFžªŠe’„(„·Iµ(I°¦·I¦IœÉº·¥I)-IµÇ‡)Á¸ ¨šFe(Iʅ­(IIµI--¦)o)-IÁx¦­Ioª-ɺ°Id¤¤IimI­)£e,Frµ(e¡I(ÂVI°¨IºÉœ)³I(I)-IE)ŸD¨T¦AªÁ­¤(Iɺ°IF¤Ie+­(II£(I°VIIµœÉºI)¡)-ILJ)Á¸ ¨š Ÿ¨¦ª¤ F  ­µ¦¨³¨µ¥´¢Á¢°¦r  nªŠ„µ¦ ʅ-oxo dimer ¨³ Á­Éº°  Á„ —· ž’„· ¦· ·¥µ ­µ¦Á­ºÉ°¤­£µ¡°ºÉœ (II 9.85 9.85 „n°œ„µÎ ‹—´ H-2S 9.85 - 9.85 - (I-II-III), (IV) 2.56 2.44 ®¨Š´ „µÎ ‹´—H-2S 2.56 0.12 2.44 - -  „n° œ„µÎ ‹—´ H2S 0.12 ®¨Š´ „µÎ ‹´—H2S  Tris –(hydroxymethyl) ®¨Š´ E¢NDºÊTœ3A­A£µ¡Trisa–m(9hi.n7yod3mroextyhmaneeth9y.l0)9 ®¨Š´ ¢ºÊ œ­£µ¡ 9.73 0.22 9.09 0.760.15 0.22 0  aminomethane 0.13 NTA0.15   IDA ED3A0.13 0.14 IDA0.14 ¦ª¤0.42 0.34 0.760.42 0.34 0   ¦ª¤ - „n°œ„µÎ ‹—´ H2S 9.85 9.85 „n°œ„µÎ ‹—´ H-2S 9.85 - 9.85 -  ®¨Š´ „µÎ ‹´—H2S 2.54 2.43 ®¨Š´ „µÎ ‹´—H-2S 2.54 0.11 2.43 - 0.11  ÎÁ—¥¸ ¤Ž·Á˜¦š ®¨Š´ ¢ºÊ œ­£µ¡ Î9Á.—7¥¸4¤Ž·Á˜¦š 9.16 ®¨Š´ ¢ºÊ œ­£µ¡ 9.74 0.18 9.16 0.69 0.18 0 NTA 0.15 NTA0.15   ED3A ED3A0.25 0.25   ¦ª¤ ¦ª¤0.40 0.29 0.690.40 0.29 0 „n°œ„µÎ ‹—´ H2S 9.85 9.85 „n°œ„µÎ ‹—´ H-2S 9.85 - 9.85 1.00 - - 1 ®¨Š´ „µÎ ‹´—H2S 2.59  2.45 ®¨Š´ „µÎ ‹—´ H-2S 2.59 0.14  2.45 - 0.14 ®¨Š´ ¢ºÊ œ­£µ¡ 9.Ã7Ž1Á—¥¸ ¤ 8.85 ®¨Š´ ¢ºÊ œ­£µ¡ 9.71 0.60 8.85 0.60  ÎÁ—¥¸ ¤ NTA ű—¦°„ÅŽ—r ű—¦°„ÅŽ—r NTA0.13 0.13   IDA IDA0.13 0.13 ¦ª¤0.26 0.74 1.00 .26 0.74 1   ¦ª¤  ชนดิ โซเดียมซเิ ตรท เกิดการสลายของ Fe(III)-EDTA เปน็ Fe(III)-NTA และ Fe(III)-ED3A โดยมีความเข้ม เมอื่ ใชส้ ารละลายบฟั เฟอร์ ชนดิ Tris- ขน้ 0.15 และ 0.25 โมล/เมตร3 ตามล�ำ ดบั รวมเปน็ (hydroxymethyl) aminomethane เกดิ การสลายตวั จ�ำ นวน 0.40 โมล/เมตร3 เมอ่ื ใชเ้ บสแก่โซเดยี มไฮดรอกไซด์ ของสารเชิงซ้อน Fe(III)-EDTA เป็น Fe(III)-NTA, เกดิ การสลายตวั ของ Fe(III)-EDTA เปน็ Fe(III)-NTA Fe(III)-ED3A และ Fe(III)-ID A โดยมีความเข้มข้น และ Fe(III)-IDA โดยมคี วามเข้มขน้ 0.13 และ 0.13 เทา่ กบั 0.15, 0.13 และ 0.14 โมล/เมตร3 ทเ่ี วลา 1.825, โมล/เมตร3 รวมเปน็ จ�ำ นวน 0.26 โมล/เมตร3 5.298 และ 8.025 นาที ตามลำ�ดับ รวมเปน็ จำ�นวน 0.42 โมล/เมตร3 (ดภู าพที่ 4) เมอ่ื ใชส้ ารละลายบฟั เฟอร์     £µ¡š¸É 5 Ÿ¨¦ª¤ Fe(III)-‡Á¸ ¨š£Á­µ°ºÉ¡¤š­¸É 5£µŸ¡¨Â¦¨ª¤³ Fe(III)-E‡DÁ¸ ¨TšAÁ­š°ºÉ ÉÁ¸ ®¤¨­º°£Äµœ¡¦³Â¨³ Fe(III)-EDTAšÁ¸É ®¨°º Ĝ¦³

27 การเสื่อมสภาพของสารละลายเชงิ ซอ้ น Fe-EDTA ในปฏิกรณห์ มนุ เวียนอตั โนมตั ิ สำ�หรับการกำ�จดั ไฮโดรเจนซลั ไฟด:์ อิทธิพลชนดิ ของสารละลายบัฟเฟอร์ EDTA NTA ED3A IDA ภา£พµท¡่ี 4šÉ¸ก4าร„วµิเ¦คªร·Á‡าะ¦µห³์ ®HrPHLPCLCขอ…°งสŠ­าµร¦ล¨ะ³ล¨าµย¥ทšี่ใÉĸช้ oTTrriiss-–(hydroxymethyl) เมื่อเปรียบเทียบชนิดของสารละลาย Fe(III)-เสอ่ื มสภาพทง้ั หมด และสารเชงิ ซอ้ น Fe(III)- บัฟเฟอร์ที่มีผลต่อการเส่ือมสภาพสารละลายเชิงซ้อน EDTA ที่เหลือในระบบของสารละลายที่ใช้บัฟเฟอร์ Fe-EDTA จากการทดลองน้ี โดยสรุปพบว่าปริมาณ ชนิด โซเดยี มซเิ ตรท Tris–(hydroxymethyl) amino สารละลายเชิงซ้อน Fe(III)-EDTA ท่ีเหลือในระบบ methane และเบสแก่โซเดยี มไฮดรอกไซด์ แสดงในภาพ จะมีมาก หากเกิดการเส่ือมสภาพ Fe-EDTA ท่นี อ้ ย ที่ 5 ดงั น้นั โซเดียมซเิ ตรทเป็นสารบัฟเฟอร์ทดี่ ที สี่ ุด ซ่ึงสารละลาย ที่ใช้โซเดียมซิเตรทเป็นสารบัฟเฟอร์มี ในการทดลองน้ี เพราะเกดิ การเสอ่ื มของสารเชงิ ซ้อน ปรมิ าณการ สลายตวั เปน็ μ-oxo dimer และสารเสอื่ ม Fe-EDTA น้อยทีส่ ดุ ท�ำ ใหม้ ีปรมิ าณ Fe(III)-EDTA สภาพอื่น รวมทง้ั Fe(III)-อ่ืนๆ น้อยสุด (Fe(III)-NTA, เหลือในระบบมากสุด ทั้งนี้สารโซเดียมไฮดรอกไซด์ Fe(III)-ED3A และ Fe(III)-IDA) รองลงมาคือ Tris – เป็นสารทม่ี ีความสามารถ แค่ปรับค่า pH เท่านั้น ไม่ (hydro -xymethyl) aminomethane และสุดท้าย สามารถรักษาความเป็นกรดดา่ งได้ จึงเกดิ การเสือ่ ม คือเบสแก่ โซเดียมไฮดรอกไซด์ ซ่ึงผลรวมปริมาณ สภาพของ Fe-EDTA มากสุด 12 Fe(III)-EDTA 10 9.16 9.09 8.85 ‡ªµ¤Á o…¤ o…œ 8 ÎÁ—¥¸ ¤Ž·Á˜¦š Tris-(hydroxymethyl)-aminomethane 6 ÎÁ—¸¥¤Å±—¦°„ÅŽ—r 4 Ÿ¨¦ª¤Fe(III)-‡¸Á¨šÁ­°Éº ¤­£µ¡ 2 0.69 0.76 1 0 œ·—­µ¦¨³¨µ¥ ภ£าพµ¡ทšี่ 5¸É 5ผŸล¨รว¦ªม¤FFee((IIIIII))--ค‡เี Á¸ล¨ทšเÁส­่ือÉ°º ส¤ภ­า£พµ¡แÂล¨ะ³FFee((IIIIII))--EEDDTTAAšทÁɸ ®ี่เห¨ล°º ือĜใน¦ร³ะบบ

28 วศิ วกรรมสาร มก. 3.2 ผลการศึกษาชนิดของสารละลายบัฟเฟอร์ ฟื้นสภาพสารเชงิ ซอ้ น Fe(II)-EDTA อย่างเตม็ ทเ่ี ป็น ในปฏิกรณ์แบบหมุนเวียนอตั โนมัติ เวลา 1 ชั่วโมง ทำ�เช่นนี้ 3 รอบ ซึ่งจากการศึกษา ชนิดสารละลายบัฟเฟอร์ในปฏิกรณ์กวนแบบกึ่งงวด ในการทดลองน้ีศึกษาในระบบท่ีเกิดปฏิกิริยา พบว่า Tris-(hydroxymethyl) aminomethane และ การกำ�จัดไฮโดรเจนซัลไฟด์พร้อมๆ กับปฏิกิริยาการ โซเดียมซิเตรท สามารถลดการเสื่อมสภาพของ Fe- ฟื้นสภาพสารละลายเชงิ ซ้อน Fe(II)EDTA เปน็ เวลา EDTA ไดด้ กี วา่ เบสแก่โซเดยี มไฮดรอกไซด์ ดงั นนั้ การ 4 ชั่วโมง แล้วหยุดปฏิกิริยาการกำ�จัด เหลือเพียงแต่ ทดลองนี้ จึงเลือกใชส้ ารละลายบฟั เฟอร์ทง้ั สองชนดิ นี้ ปฏิกิริยาการฟื้นสภาพสารละลาย เพื่อให้เกิดการ  100 99  %„µ¦ ΄µ‹´— p„µŽÅ±Ã—¦Á‹œŽ´¨Å¢ r— 98  97 96  95  94 93  92 Tris-(hydroxymethyl)aminomethane ÎÁ—¥¸ ¤ŽÁ· ˜¦š  0 2 4 6 Áª¨µ 8 10 12 14  ภาพท£ี่ µ6¡šปɸ 6ระž¦ส³ทิ ­·šธ›ภิ £· าµ¡พ„กµ¦า„รε‹ก´—�ำ„จpµŽดั űกÃ๊า—ซ¦Á‹ไฮœŽโด´¨Åร¢เ—จr นซลั ไฟด์  ภาพที่ 6 แสดงผลใน12ช่วงที่ปฏิกิริยาการ ทำ�ให้มีสารละลายเชิงซ้อน Fe(III)-EDTA มากขึ้น ‡ªµ¤Á o…¤ o…œ Fe(III) , Fe(III)-EDTA (mol/m3) กำ�จดั H2S เกดิ ข้นึ พร้อมๆ กับป10ฏิกิริยาการฟื้นสภาพ ประสิทธิภาพการกำ�จัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์จึงมีค่า สารละลาย เป็นเวลาทุก 4 ชั่วโม8ง ประสิทธิภาพ การ เพ่ิมขน้ึ โดยเม่อื สารละลายท่ีใชส้ ารบัฟเฟอร์โซเดียม- ก�ำ จดั กา๊ ซไฮโดรเจนซลั ไฟดม์ คี า่ ลด6ลงกบั เวลา เน่อื งจาก Fe(II)-EDTA ไม่FeF3e+(IEIID)-ETDAT(TA)(T) ซเิ ตรท และFeF3e(+I(ITI))-¦ª¤(T) Tris- (hydroxymethyl) aminomethane การฟื้นสภาพสารละลายเชิงซ้อ4 น FFee3(+IIEI)D-ETDAT(AS)(S) กาFรeF3eก+(I(ISIำ�))-¦จª¤(ัดS) มีค่าเพิ่มขึ้นเป็น 98.36 และ 97.91% Áª¨ใµนรอ9 บแรกข1อ2 งการฟ1ื้น5 สภาพ และเพิ่มขึ้นเปน็ 97.68 สมบรู ณ์ ซง่ึ มคี า่ ลดลงจาก 99.142เปน็ 96.51% และลด ลงจาก 98.68 เปน็ 96.00% ในสา0รละลาย3ท่ีใช้ สาร6 บัฟเฟอร์โซเดยี มซเิ ตรท และ T£µr¡isš-¸É(7h‡yªdµr¤oÁ…x¤o y…oœmFee(tIhII)y-¦lª)¤ ¨³แ‡ลªะµ¤9Á…7¤o .…2oœ3F%e(IใIIน)-EรDอTบAสองของการฟ้ืนสภาพ ตามลำ�ดับ aminomethane ตามลำ�ดับ เมื่อเกิดการฟื้นสภาพ ดังนั้นสารละลายท่ีใช้โซเดียมซเิ ตรทเปน็ สารบัฟเฟอร์ สารละลายด้วยก๊าซออกซิเจนเพียงอย่างเดียว ที่มีประสิทธิภาพการกำ�จัดไฮโดรเจนซัลไฟด์ดีกว่า โดยหยุดการทำ�ปฏิกิริยาการกำ�จัดไฮโดรเจนซัลไฟด์ สารละลายท่ีใช้ Tris-(hydroxymethyl) aminomethane

‡ªµ¤Á o…¤ o…œ Fe(III) ,Fe(III)-EDTA (mol/m3) %„µ¦ 93 Tris-(hydroxymethyl)aminomethane ÎÁ—¸¥¤Ž·Á˜¦š 92  0 2 4 6 Áª¨µ 8 10 12 14  Fe-EDTA£ใµน¡ปšฏɸ กิ6รณž¦ห์ ³ม­นุ š·เว›ยี £· นµอ¡ัต„โนµม¦„ัติµÎ ‹ส—´ำ�ห„รµp บัŽกÅา±รÃก—ำ¦�จÁ‹ดั ไœฮŽโด´¨รÅเ¢จน—ซr ัลไฟด์: อิทธพิ ลชนดิ ของสารละลายบัฟเฟอร์ 29 การเส่อื มสภาพของสารละลายเชิงซ้อน   12 10 8 6 FeF3e+(IEIID)-ETDAT(TA)(T) FeF3e(+I(ITI))-¦ª¤(T) 4 FFee3(+IIEI)D-ETDAT(AS)(S) FeF3e+(I(ISI))-¦ª¤(S) 2 0 3 6 Áª¨µ 9 12 15 ภาพที่ 7 ค£วµา¡มš¸Éเ7ข‡้มªขµ¤้นÁ…o¤F…eœo (IFIeI(I)I-Iร)-¦วªม¤ Âแ¨³ล‡ะªคµ¤วÁา…มo¤…เœoขF้มeข(IIน้I)-EFDeT(AIII)-EDTA จากภาพที่ 7 สารละลายท่ีใช้ท่ีใช้ โซเดียม- และ 8.78 โมล/เมตร3 ในรอบสองของสารละลาย ซิเตรท และสารละลายที่ใช้ Tris-(hydroxymethyl) ที่ใช้ โซเดียมซิเตรท และ Tris-(hydroxymethyl) aminomethane เปน็ สารบฟั เฟอร์ แทนคา่ ดว้ ย (T) และ aminomethane ตามลำ�ดับ แสดงว่าโซเดียมซิเตรท (S) ตามล�ำ ดบั โดยพบวา่ ในชว่ งทเี่ กดิ ปฏกิ ริ ยิ าการกำ�จดั สามารถฟ้ืนสภาพ Fe(II)-EDTA ได้ดีกว่า Tris- กา๊ ซไฮโดรเจนซลั ไฟดพ์ รอ้ มๆ กบั ปฏกิ ริ ยิ าการฟน้ื สภาพ (hydroxymethyl) aminomethane ความเขม้ ขน้ สารละลาย Fe(III)-รวม มคี า่ ลดลงกบั เวลา นอกจากน้ีความเข้มข้นสารละลายเชิงซ้อน เนอ่ื งจากคา่ pH ไมเ่ หมาะสม ท�ำ ใหส้ ารละลาย Fe(II)-รวม Fe(III)-EDTA มีคา่ น้อยกวา่ สารละลาย Fe(III)-รวม ไม่สามารถฟื้นสภาพกลับเป็นสารละลาย Fe(III)- แสดงถึงการเสื่อมสภาพของ Fe-EDTA ท่ีเกิดขึ้น รวมได้ท้ังหมด โดยสารละลายที่ใช้ โซเดียมซิเตรทมี ทงั้ หมดรวมเป็นจ�ำ นวน 0.73 และ 0.76 โมล/เมตร3 ค่าสารละลาย Fe(III)-รวม และสารละลายเชิงซ้อน ในรอบแรกของการฟนื้ สภาพ สว่ นรอบสองเปน็ จ�ำ นวน Fe(III)-EDTA สูงกว่าสารละลายท่ีใช้สารบัฟเฟอร์ 0.70 และ 0.73 โมล/เมตร3 ในสารละลายที่ใช้ โซเดยี ม- Tris-(hydroxymethyl) aminomethane ซง่ึ สอดคลอ้ ง ซเิ ตรท และ Tris-(hydroxymethyl) aminomethane กับผลก่อนหน้านี้ว่า สารละลายท่ีใช้ โซเดียมซิเตรท เปน็ สารบัฟเฟอร์ ตามล�ำ ดับ แสดงว่าสารละลายท่ีใช้ มีประสิทธิภาพการก�ำ จัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ท่ีดีกว่า โซเดียมซิเตรทเกิดการเสื่อมสภาพของ Fe-EDTA สารละลายที่ใช้ Tris - (hydroxymethyl) aminomethane น้อยกว่าสารละลายที่ใช้ Tris-(hydroxymethyl) เปน็ สารบฟั เฟอร์ เมอ่ื เกดิ การฟน้ื สภาพสารละลายดว้ ย aminomethane กา๊ ซออกซเิ จนเพยี งอยา่ งเดยี ว ความเขม้ ขน้ สารละลาย ดงั นน้ั สารละลายบฟั เฟอรท์ เ่ี หมาะสมกบั การ Fe(III)-รวม มคี า่ เพมิ่ ขนึ้ เปน็ 9.76 และ 9.63 โมล/เมตร3 ใช้ในปฏกิ รณแ์ บบหมนุ เวยี นอตั โนมตั ิ คอื โซเดยี มซเิ ตรท ในรอบแรก และเพม่ิ ขนึ้ เปน็ 9.64 และ 9.51โมล/เมตร3 เพราะสามารถลดการเส่ือมสภาพสารละลายเชิงซ้อน ในรอบสองในสารละลายท่ีใช้โซเดยี มซเิ ตรท และ Tris- Fe-EDTA ส่งผลให้การฟื้นสภาพสารละลายเชิงซ้อน (hydroxymethyl) aminomethane เป็นสารบัฟเฟอร ์ Fe(II)-EDTA ในส่วนของดาวน์คัมเมอร์สมบูรณ์ข้ึน ตามล�ำ ดบั สว่ นความเขม้ ขน้ สารละลายเชงิ ซอ้ น Fe(III)- คา่ ความเขม้ ขน้ ของสารละลายเชงิ ซอ้ น Fe(III)-EDTA EDTA ท่ีไดจ้ ากการฟน้ื สภาพ มคี า่ เพม่ิ ขน้ึ เปน็ 9.03 และ ท่ีได้มากขึ้น และประสิทธิภาพการกำ�จัดก๊าซไฮโดร- 8.87 โมล/เมตร3 ในรอบแรก และความเข้มข้น 8.94 เจนซัลไฟดด์ ีขึ้น

30 วศิ วกรรมสาร มก. 4. สรุปผลการทดลอง [3] Limtrakul, S., Rojanamatin S., Vatanatham การเสอ่ื มสภาพของสารละลายเชงิ ซอ้ น Fe-EDTA T. and Ramachandran P.A. 2005. เป็นสาร μ-oxo dimer และสารเสื่อมสภาพอื่น เกิดได้ Auto - circulation for Hydrogen Sulfide ทง้ั ในการก�ำ จัดกา๊ ซไฮโดเจนซลั ไฟด์ และการฟ้นื สภาพ Removal. Ind. Eng. Chem. Res. 44 : สารละลาย นอกจากน้ียังเกิดเป็นสารละลายเชิงซ้อน 6115 - 6122. Fe(III)-คเี ลทอนื่ ๆ ได้แก่ Fe(III)-NTA, Fe(III)-ED3A [4] Janjaturaphan, S. 2005. Operating และ Fe(III)-IDA ซึ่งชนิดของสารละลายบัฟเฟอร์ที่ดี Condition for Hydrogen Sulfide ทสี่ ดุ ทสี่ ามารถลดการเสอื่ มสภาพของสารละลายเชงิ ซอ้ น Removal from Biogas in a Pig Farm. Fe-EDTAได้ คือ สารโซเดียมซิเตรท รองลงมาคือ M.E. Thesis, Kasetsart University. สาร Tris-(hydroxymethyl) aminomethane และ [5] DeBerry, D.W. 1993. Rates and สุดท้ายคือเบสแก่โซเดียมไฮดรอกไซด์ ดังนั้นชนิด mechanism of reaction of hydrogen ของสารละลายบัฟเฟอร์ที่เหมาะสมกับการกำ�จัด sulfide with Iron chelates. Topical ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ในปฏิกรณ์หมุนเวียนอัตโนมัติ Report ; Gas Research Institute : Des คือโซเดียมซิเตรท ซึง่ ช่วยใหก้ ารฟ้ืนสภาพสารละลาย Plaines, IL, USA. เชิงซ้อน Fe(II)-EDTA สมบูรณ์ข้ึน ค่าความเข้มข้น [6] Seibig, S. and van Eldik R. 1997. Kinetic ของสารละลายเชงิ ซอ้ น Fe(III)-EDTA ในระบบมากขนึ้ of [FeII(edta)] Oxidation by Molecular และประสิทธิภาพการก�ำ จดั กา๊ ซไฮโดรเจนซัลไฟดด์ ีข้นึ Oxygen Revisited New Evidence for a Multistep Mechanism. Inorg. Chem. 36 : 4115 - 4120. 5. กติ ติกรรมประกาศ [7] Chen, D.A., Martell E. and McManus D. 1995. Studies on the mechanism of คณะผู้วิจัยขอขอบคุณผู้สนับสนุนทุนวิจัย ได้แก่ chelate degradation in iron - based, สถาบนั วจิ ยั และพฒั นาแหง่ มหาวทิ ยาลยั เกษตรศาสตร์ liquid redox H2S removal processes. และศนู ยค์ วามเปน็ เลศิ ด้านปิโตรเลยี ม ปิโตรเคมี และ Canadian Journal of Chemistry. 73 : วสั ดขุ นั้ สงู ภาควชิ าวศิ วกรรมเคมี คณะวศิ วกรรมศาสตร์ มหาวทิ ยาลยั เกษตรศาสตร์ 264 – 274 เอกสารอ้างองิ [8] Saelee, R. 2010. The Removal of Hydrogen Sulfide in Biogas from [1] Hardison, L. C. 1985. Go from hydrogen Concentrated Latex Industry with sulfide to sulfur in one unit. Hydrocarb. Process. 64 : 70 - 71. Iron (III) Chelate in Packed Column. M.E. Thesis, Prince of Songkla University. [2] Karimi A., Tavassoli A., and Nassernejad [9] Przemyslaw K., Andrzej K. and Zofia B. 2010. Kinetic studies and reactor S.. 2006. Photochemistry of the Fe(III)- modeling of single step H2S removal EDTA complexes a mechanistic using chelated iron solution. Chemical study. Journal of Photochemistry Engineering Research and Design. 88 : and Photobiology A : Chemistry 179 : 748 - 756 176 -183