Quality Improvement of Molasses by Activated Carbon Prepared from Fly Ash as Waste Driven out of Boiler in The Sugar Factory
Main Article Content
Abstract
The sugar industry generates significant byproducts, particularly bagasse fly ash and molasses. This study added value to these residues by converting fly ash from boiler stacks (600–800°C) into activated carbon through physical activation at 700°C and 900°C for 0–200 min. The efficiency of the produced activated carbon was evaluated by measuring the residual weight after burning, iodine adsorption, and surface area. The results showed that the optimal condition was activation at 900°C for 80 minutes, which yielded a product with 83% residual weight, increased iodine adsorption capacity from 92 mg/g to 329 mg/g, and increased surface area from 16.2702±0.0177 m²/g to 80.2001±0.0375 m²/g. The produced activated carbon was tested for its efficiency in reducing the color value of molasses, studying factors of quantity, temperature, and time. The most suitable condition was found to be using 25% activated carbon by mass at 83°C for 68 minutes, which reduced the color value from 208,139±2335 ICU to 125,896 ICU, representing a 40% color reduction efficiency. Other molasses properties also improved: the concentration of soluble solids increased from 70.81±0.15% to 80.24% enhancing quality and reducing transportation costs, pH decreased from 4.79±0.01 to 4.49 while lower pH promoted sucrose hydrolysis beneficial for ethanol fermentation without affecting total sugar, total sugar content remained above the standard from 50.72±0.48% to 51.71% as a result of increased concentration, and turbidity decreased from 33.66±1.31 ICU to 25.35 ICU consistent with reduced sulfate ash (≤11%). This research demonstrates the potential for adding value to sugar industry byproducts and presents an environmentally friendly waste management approach by converting fly ash into efficient activated carbon for improving molasses properties.
Article Details
References
ชินธันย์ อารีประเสริฐ และคณะ. (2561). การผลิตถ่านกัมมันต์จากเศษวัสดุเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมอ้อยและน้ำตาลด้วยกระบวนการไฮโดรเทอร์มอลคาร์บอไนเซชั่นและการกระตุ้นทางกายภาพ. มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์.
นภารัตน์ จิวาลักษณ์. (2545). การเตรียมและวัดสมบัติถ่านกัมมันต์จากถ่านหินลิกไนต์โดยวิธีการกระตุ้นทางกายภาพและทางเคมี [วิทยานิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิต, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี]. http://sutir.sut.ac.th:8080/jspui/handle/123456789/1321
ปรียาพา พาณิชย์, และพุทธธิดา ภูโอบ. (2556). การเตรียมถ่านกัมมันต์จากกากปาล์ม. ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น.
พรศุภรัตน์ แสนสุนนท์, ภัทราภรณ์ เอนอ่อน และ โกวิทย์ ปิยะมังคา. (2556). จลนศาสตร์และกลไกการดูดซับสีย้อมไดเร็กต์เรด 80 โดยชานอ้อยดัดแปร. ใน การประชุมทางวิชาการของมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ครั้งที่ 51. (หน้า 189-196). สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย.
สถาบันค้นคว้าและพัฒนาผลิตผลทางการเกษตรและอุตสาหกรรมเกษตร. (2553). รายงานฉบับสมบูรณ์ โครงการการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตน้ำตาลในโรงงาน “การพัฒนากระบวนการผลิตน้ำตาลทรายขาวขั้นตอนเดียว. มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์.
สุภาพร รัตนพันธ์, เพ็ญนภา เพ็งแจ่ม, และพนิตา ก้งซุ่น. (2557). การเตรียมและลักษณะจำเพาะของถ่านกัมมันต์จากเปลือกมังคุด. วารสารมหาวิทยาลัยทักษิณ, 7(3), 13–21.
สำนักงานคณะกรรมการอ้อยและน้ำตาลทราย. (2567). กระบวนการผลิตน้ำตาลทรายดิบ น้ำตาลทรายขาว และน้ำตาลทรายขาวบริสุทธิ์. สำนักงานคณะกรรมการอ้อยและน้ำตาลทราย.
สำนักงานมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม. (2524). มาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมกากน้ำตาลชนิดผลพลอยได้ (มอก. 394-2524). กระทรวงอุตสาหกรรม.
อลิสรา นิติวัฒนะ. (2553). การเตรียมถ่านกัมมันต์จากกะลาแมคาเดเมียโดยการกระตุ้นทางกายภาพ [วิทยานิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิต, จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย]. Chula Digital Collection. https://doi.org/10.58837/CHULA.THE.2010.981
Arrhenius, S. (1889). Über die Reaktionsgeschwindigkeit bei der Inversion von Rohrzucker durch Säuren. Zeitschrift für Physikalische Chemie, 4U(1), 226–248. https://doi.org/10.1515/zpch-1889-0416
ASTM International. (2011). ASTM D4607-94(2011): Standard test method for determination of iodine number of activated carbon.
West Conshohocken, ASTM International. https://doi.org/10.1520/D4607-94R11
Belouafa, S., Habti, F., Digua, K., & Chaair, H. (2022). Optimization of a process for discoloration of low-grade syrup. Maghrebian Journal of Pure and Applied Science, 8(1), 10–32. https://doi.org/10.48383/IMIST.PRSM/mjpas-v8i1.32411
Ferreira, S. L. C., Bruns, R. E., Ferreira, H. S., Matos, G. D., David, J. M., Brandão, G. C., da Silva, E. G. P., Portugal, L. A., dos Reis, P. S., Souza, A. S., & dos Santos, W. N. L. (2007). Box–Behnken design: An alternative for the optimization of analytical methods.
Analytica Chimica Acta, 597(2), 179–186. https://doi.org/10.1016/j.aca.2007.07.011
Freundlich, H. M. F. (1906). Over the Adsorption in Solution. The Journal of Physical Chemistry, 57, 385-471.
International Organization for Standardization. (2010). ISO 9277:2010 – Determination of the specific surface area of solids by gas adsorption (BET method). Switzerland.
Jagtoyen, M., & Derbyshire, F. (1998). Activated carbons from yellow poplar and white oak by H₃PO₄ activation. Carbon, 36(7–8), 1085–1097. https://doi.org/10.1016/S00086223(98)00082-8
Langmuir, I. (1918). The adsorption of gases on plane surfaces of glass, mica and platinum. Journal of the American Chemical Society, 40(9), 1361–1403. https://doi.org/10.1021/ja02242a004
Li, F., Yuasa, A., Ebie, K., Azuma, Y., Hagishita, T., & Matsui, Y. (2002). Factors affecting the adsorption capacity of dissolved organic matter onto activated carbon: Modified isotherm analysis. Water Research, 36(18), 4592–4604. https://doi.org/10.1016/S00431354(02)00174-4
Liu, Q. S., Zheng, T., Wang, P., Jiang, J. P., & Li, N. (2010). Preparation and characterization of activated carbon from bamboo by microwave-induced phosphoric acid activation. Industrial Crops and Products, 31(2), 233–238. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2009.10.011
Lua, A. C., & Guo, J. (1998). Preparation and characterization of chars from oil palm waste. Carbon, 37(4), 633–642. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(98)00161-4
Madaeni, S. S., & Zereshki, S. (2010). Energy consumption for sugar manufacturing. Part I: Evaporation versus reverse osmosis. Energy Conversion and Management, 51(7), 1270–1276. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2010.01.002
Nachat, N., Tobarameekul, P., & Worathanakul, P. (2014). Activated carbon from bagasse for syrup decolorization as an alternative
for waste management and the assessment of carbon footprint. Environment and Natural Resources Journal, 12(2), 66–73. https://doi.org/10.14456/ENNRJ.2014.9
Ogando, F. I. B., Xastre, T., Simões, E., & Aguiar, C. L. (2021). Removal of color and turbidity in sugarcane juice treated by electrocoagulation with aluminum electrodes. Brazilian Journal of Food Technology, 24(7), e2020236. https://doi.org/10.1590/1981-6723.23620
Phothong, K. (2021). Pore development and surface functional groups formation during CO₂ activation of bamboo-based activated carbon and the simulation study for wetting behavior of fluids on a planar carbon substrate [Master’s thesis, Suranaree University of Technology]. http://sutir.sut.ac.th:8080/jspui/handle/123456789/9257
Rosenblum, J. S., Sitterley, K. A., Thurman, E. M., Ferrer, I., & Linden, K. G. (2016). Hydraulic fracturing wastewater treatment by coagulation –adsorption for removal of organic compounds and turbidity. Journal of Environmental Chemical Engineering, 4(2), 1978–1984. https://doi.org/10.1016/j.jece.2016.03.013
Sekirifa, M. L., Pallier, S., Hadj-Mahammed, M., Richard, D., Baameur, L., & Al-Dujaili, A. H. (2013). Measurement of the performance of an agricultural residue-based activated carbon aiming at the removal of 4-chlorophenol from aqueous solutions. Energy Procedia, 36, 94–103. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.07.012
Sinyoung, S., Chaiwat, W., & Kunchariyakun, K. (2021). Preparation of activated carbon from bagasse by microwave-assisted phosphoric acid activation. Walailak Journal of Science and Technology, 18(16), 22796. https://doi.org/10.48048/wjst.2021.22796
Sutthasupa, S., Koo-Amornpattana, W., Worasuwannarak, N., Prachakittikul, P., Teachawachirasiri, P., Wanthong, W., Thungthong, T., Inthapat, P., Chanamarn, W., Thawonbundit, C., Srifa, A., Ratchahat, S., & Chaiwat, W. (2023). Sugarcane bagasse-derived granular activated carbon hybridized with ash in bio-based alginate/gelatin polymer matrix for methylene blue adsorption. International Journal of Biological Macromolecules, 253, 127464. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.127464
Yalçın, N., & Sevinç, V. (2000). Studies of the surface area and porosity of activated carbons prepared from rice husks. Carbon,38(14),1943–1945. https://doi.org/10.1016/S00086223(00)00029-4
Yang, X., & Al-Duri, B. (2005). Kinetic modeling of liquid-phase adsorption of reactive dyes on activated carbon. Journal of Colloid and Interface Science, 287(1), 25–34. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2005.01.093