การผลิตไดเมทิลคาร์บอเนตจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

  ภาคอุตสาหกรรมเป็นภาคการผลิตขนาดใหญ่ที่มีการใช้สารเคมีเป็นปริมาณมาก ปัจจุบันภาคอุตสาหกรรมเคมีมีความตระหนักถึงปัญหาด้านสารเคมีที่สร้างมลพิษ ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของมนุษย์ จึงใส่ใจต่อการลดปริมาณการใช้หรือค้นหาสารเคมีอื่นที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมาใช้ทดแทนการใช้สารเคมีที่สร้างมลพิษ  

  สารไดเมทิลคาร์บอเนต (Dimethylcarbonate, DMC) เป็นสารเคมีที่มีการใช้งานในหลากหลายอุตสาหกรรม เช่น อุตสาหกรรมยา อุตสาหกรรมเกษตรเคมี รวมทั้งใช้เป็นสารเติมแต่งเพื่อเพิ่มค่าออกเทนในน้ำมันเบนซิน ช่วยเพิ่มการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง ไดเมทิลคาร์บอเนต (DMC) มีคุณสมบัติเป็นสารประกอบอินทรีย์ มีลักษณะเป็นของเหลว ไม่มีสี ไวไฟ มีความเป็นพิษต่ำ เป็นตัวทำละลายที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม  หรือ Green Solvent เนื่องจากมีความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพสูง ซึ่งถือเป็น Green Reagent ตามหลักของ เคมีสีเขียวด้วย

  ในอดีต DMC สังเคราะห์จากปฏิกิริยาระหว่างฟอสจีน (Phosgene) กับ เมทานอล แต่ไม่เป็นที่แพร่หลายเพราะความเป็นพิษของฟอสจีน  ปัจจุบัน DMC เชิงพาณิชย์ ส่วนใหญ่ผลิตจากปฏิกิริยา ระหว่าง Propylene carbonate กับเมทานอล และจากปฏิกิริยาระหว่างก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ เมทานอลและออกซิเจน  นอกจากนั้น ได้มีความพยายามสังเคราะห์ DMC โดยตรงจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และเมทานอล  ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นตัวการหลักที่ก่อให้เกิดสภาวะเรือนกระจกสร้างปัญหาโลกร้อน  ซึ่งในอุตสาหกรรมการแยกก๊าซจากแหล่งก๊าซธรรมชาติจะมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เหลือทิ้งเป็นจำนวนมาก  ดังนั้นการนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มาใช้เป็นวัตถุดิบหลักในการสังเคราะห์ DMC  จะก่อให้เกิดประโยชน์ทั้งในแง่การแก้ปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม  และยังเป็นการนำก๊าซเสียจากกระบวนการผลิตมาใช้ให้เกิดประโยชน์ด้วย

อย่างไรก็ตาม การสังเคราะห์ DMC จากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และเมทานอลที่ผ่านมา พบปัญหาหลักที่เกิดในปฏิกิริยาในสภาวะของเหลว คือการนำตัวเร่งปฏิกิริยานำกลับมาใช้ใหม่ยาก การเกิดปฏิกิริยาที่ความดันสูงและการเสื่อมสภาพเร็วของตัวเร่งปฏิกิริยา  แม้ว่าปัจจุบันมีการพัฒนาคุณภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดต่างๆ แต่พบว่าอัตราการเกิดไดเมทิลคาร์บอเนตยังอยู่ในปริมาณที่ต่ำ

           (a)  กระบวนการเตรียมเถ้าแกลบ               (b) ขั้นตอนการสังเคราะห์ SBA-15

                          แผนผังการติดตั้งอุปกรณ์ในการผลิตไดเมทิลคาร์บอเนต

 ร้อยละผลได้ของ DMC ที่ได้จากการสังเคราะห์ไดเมทิลคาร์บอเนตด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา Cu-Ni/SBA 15

ที่มีร้อยละของโลหะร่วมปริมาณต่างกัน

       ด้วยเหตุนี้รศ.ดร.ไพศาล คงคาฉุยฉาย อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ จึงต้องการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาแบบใหม่  ที่จะสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการสังเคราะห์ DMC โดยตรงจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และเมทานอล  โดยจะใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะร่วม คอปเปอร์ – นิกเกิล บนตัวรองรับเมโซพอรัส ชนิด SBA 15

 การทดลองเริ่มจากการสังเคราะห์ตัวรองรับเมโซพอรัส ชนิด SBA 15 ด้วยเทคนิค โซล – เจล โดยใช้สารละลายโซเดียมซิลิเกตที่เตรียมได้จากเถ้าแกลบเป็นแหล่งของซิลิกา และใช้ Pluronic P 123 เป็นสารกำหนดโครงสร้าง  จากนั้นทำการโหลดโลหะร่วม คอปเปอร์-นิกเกิล ในอัตราส่วนโมล 1 ต่อ 1 ที่ 5 , 10 และ 15 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก บนตัวรองรับด้วยเทคนิคการจุ่มชุบ (Incipient Wetness Impregnation) และทำการศึกษาสมบัติทางกายภาพ และทางเคมีของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้ ผลที่ได้ยืนยันการกระจายตัวของโลหะร่วมบนตัวรองรับ  โดยพบการลดลงของพื้นที่ผิวจำเพาะ และปริมาตรรูพรุน  ในการทดสอบประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา ด้วยการผลิต DMC จากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์  และเมทานอล ในเครื่องปฏิกรณ์แบบ Packed bed พบว่า ตัวเร่งปฏิกิริยา 5% Cu-Ni/SBA 15 มีประสิทธิภาพดีที่สุด  โดยให้ค่าการแปลงผันของเมทานอล สูงสุด เท่ากับ 89 เปอร์เซ็นต์ และ มีค่าร้อยละผลได้ของ DMC (% yield DMC) สูงสุดที่ 3.04 เปอร์เซ็นต์ต่อ 0.5 กรัมตัวเร่งปฏิกิริยา  ที่สภาวะการทดลอง ความดัน 1.2 เมกะปาสคาล และ อุณหภูมิ 110 องศาเซลเซียส

   ผลการวิจัยนี้นับเป็นการเพิ่มเทคโนโลยีทางเลือกใหม่ในการสังเคราะห์ DMC โดยตรงจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และเมทานอล โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยานิเกิล-คอปเปอร์ บนตัวรองรับ SBA-15 ที่สังเคราะห์จากเถ้าแกลบ

	ที่มาข้อมูล : โครงการวิจัยทุนอุดหนุนวิจัย มก. หัวหน้าโครงการ : รศ.ดร.ไพศาล คงคาฉุยฉาย ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์   เรียบเรียง : ฝ่ายเผยแพร่งานวิจัย สถาบันวิจัยและพัฒนาแห่ง มก. โทร. 02 561 1474 e-mail : rdiwan@ku.ac.th
รศ.ดร.ไพศาล คงคาฉุยฉาย