การศึกษาความสามารถในการบำบัดของสิ่งปนเปื้อนอินทรีย์ในน้ำโดยใช้นาโนฟิล์มของไททาเนียมไดออกไซด์ (ระยะที่ 1-2)
Treatability Study of Organic Contaminants From Water Using Nanothinfilm TiO2 (Phase 1-2)


ผศ.ดร.พวงรัตน์ ขจิตวิชยานุกูล
Puangrat Kajitvichyanukul. (Asst. Prof.)
ภาควิชาวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม คณะวิศวกรรมศาสตร์
ผศ.จารุรัตน์ วรนิสรากุล
Jarurat Voranisarakul. (Asst. Prof.)
ดร.นคร ศรีสุขุมบวรชัย
Nakorn Srisukhumbowornchai. (Lecturer)

ทุนหมวดเงินอุดหนุนประจำปี 2549 งบประมาณ 543,160 บาท
ทุนหมวดเงินอุดหนุนประจำปี 2550 งบประมาณ 332,630 บาท

ความสำคัญและที่มาของการวิจัย

สารอินทรีย์เป็นสิ่งปนเปื้อนหลักในน้ำและน้ำเสียที่ทำให้เกิดปัญหามลภาวะทางน้ำเป็นอย่างมาก ตัวอย่างของสารอินทรีย์ ได้แก่ กลุ่มฟีนอล กลุ่มคลอโรเบนซิน กลุ่มของสารละลายฮาโลจีเนเต็ด(halogenated solvent) เช่น ไตรคลอโรเอทิลีน เพนตะคลอโรเอทิลีน เป็นต้น กลุ่มของโพลีอะโรมาติคไฮโดรคาร์บอน (polyaromatic hydrocarbon, PAH) เช่น ไพรีน แอนทราซีน เป็นต้น สารอินทรีย์เหล่านี้มักถูกนำไปใช้ในกระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์ต่างๆ ของอุตสาหกรรม และเมื่อผ่านการใช้งานแล้ว สารอินทรีย์เหล่านี้จะปะปนมากับน้ำทิ้งของโรงงาน ซึ่งจากลักษณะสมบัติที่ละลายน้ำได้ดี ทำให้การกำจัดสารอินทรีย์เหล่านี้ด้วยกระบวนการบำบัดน้ำเสียแบบธรรมดา (conventional treatment) ไม่สามารถกำจัดสารอินทรีย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้สารอินทรีย์บางชนิด ได้แก่ กลุ่มของครีซอล ฟอรมัลดีไฮด์ มีลักษณะของความเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตสูง เมื่อปนเปื้อนในน้ำทิ้งอุตสาหกรรม และเข้าสู่ระบบบำบัดน้ำเสียแบบชีวภาพส่งผลให้เกิดความเป็นพิษต่อจุลินทรีย์ในระบบบำบัด ทำให้ระบบบำบัดน้ำเสียไม่สามารถทำงานได้ หากมีการระบายน้ำทิ้งที่มีสารอินทรีย์เหล่านี้ลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติ สารอินทรีย์เหล่านี้จะทำให้ระดับของปริมาณออกซิเจนในน้ำต่ำ ส่งผลให้เกิดการเน่าเสียของแม่น้ำ ลำคลอง และทำให้ระบบนิเวศวิทยาทางน้ำเสียไป
การกำจัดสารอินทรีย์ออกจากน้ำทิ้งอุตสาหกรรมจึงเป็นวิธีการที่จะสามารถแก้ไขปัญหา มลภาวะที่เกิดขึ้นที่จุดกำเนิด ซึ่งส่งผลทำให้ไม่เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมเมื่อมีการระบายน้ำทิ้งจาก อุตสาหกรรมลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติ วิธีการกำจัดสารอินทรีย์จะขึ้นอยู่กับลักษณะของสารนั้นๆ เป็นหลัก เช่น หากเป็นสารที่มีความสามารถในการเป็นไอได้สูง การใช้ air stripping หรือ steam stripping จะเป็นวิธีการที่เหมาะสม หรือหากสารอินทรีย์นั้นเป็นสารที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ การดูดซับด้วยถ่าน (activated carbon) จะเป็นวิธีการที่ให้ประสิทธิภาพสูง เป็นต้น ในขณะที่หากสารอินทรีย์สามารถละลายน้ำได้ดี โมเลกุลขนาดเล็ก หรือการกลายเป็นไอได้ต่ำ การกำจัดสารอินทรีย์จะมีความซับซ้อนและยุ่งยากตามมา
กระบวนการโฟโตคะตะไลซิส โดยการใช้ไททาเนียมไดออกไซด์เป็นกระบวนการหนึ่งที่ได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลายในการกำจัดสิ่งปนเปื้อนในน้ำทั้งในส่วนของสารอินทรีย์ และสาร อนินทรีย์ว่าเป็นวิธีการที่ให้ประสิทธิภาพสูงในการกำจัด และได้ผลเป็นอย่างดี อย่างไรก็ดีจากงานวิจัยที่มีการศึกษาผ่านมานั้น ได้มีการนำวิธีการนี้ไปบำบัดสารอินทรีย์ต่างๆ หลายประเภท เช่น ฟีนอล ไตรคลอโรเอทิลีน ไดออกซิน เป็นต้น โดยเป็นงานวิจัยที่ศึกษาการบำบัดสารแต่ละชนิดในสภาวะต่างๆ แต่ยังไม่มีงานวิจัยใด ศึกษาในเชิงเปรียบเทียบถึงความสัมพันธ์ของโครงสร้างของสารอินทรีย์ที่ส่งผลต่อการกำจัดสารอินทรีย์ด้วยกระบวนการโฟโต คะตะไลซิส ซึ่งผลของการศึกษาถึงความสัมพันธ์ของโครงสร้างของสารอินทรีย์กับประสิทธิภาพของการบำบัดนี้จะสามารถให้ข้อมูลในภาพรวมถึงชนิดและลักษณะของสารอินทรีย์ที่สามารถกำจัดได้โดยง่าย ด้วยกระบวนการโฟโตคะตะไลซิส ประสิทธิภาพในการกำจัดสารอินทรีย์ แต่ละชนิดและยังบอกถึงข้อจำกัดในการกำจัดสารอินทรีย์ด้วยกระบวนการดังกล่าว อีกด้วย ซึ่งจะเป็นข้อมูลพื้นฐานที่สำคัญในการเลือกใช้วิธีการนี้ในการบำบัดน้ำเสีย
งานวิจัยนี้จึงมุ่งเน้นที่จะศึกษาถึงความสัมพันธ์ของโครงสร้างของลักษณะสารอินทรีย์ ที่มีต่อประสิทธิภาพในการกำจัดด้วยกระบวนการโฟโตคะตะไลซิส เพื่อให้ได้ข้อมูลในการนำไปใช้งานได้จริงของวิธีการนี้ โดยกระบวนการโฟโตคะตะไลซิสที่ใช้ในงานวิจัยนี้ จะใช้ไททาเนียมไดออกไซด์เป็นคะตะลิสต์ โดยไททาเนียมไดออกไซด์ที่ใช้จะอยู่ในลักษณะของฟิล์มบางเคลือบบนวัสดุตัวกลางซึ่งมีความเหมาะสมและสะดวกในการนำไปใช้งาน โดยวิธีการเตรียมนาโนฟิล์มนี้ได้มีการศึกษามาก่อนแล้วโดยคณะผู้วิจัยจากงานวิจัยก่อนหน้านี้ (จากการศึกษางานวิจัยเรื่อง "การพัฒนาไททาเนียมไดออกไซด์แบบฟิล์มบาง ด้วยวิธีโซลเจลสำหรับการกำจัดสิ่งปนเปื้อนในน้ำ/ น้ำเสีย" ทุนสนับสนุนจากศูนยวิจัยแห่งชาติด้านการจัดการสิ่งแวดล้อมและของเสียอันตราย และจากงานวิจัยเรื่อง "การพัฒนาต้นแบบกระบวนการโฟโตคะตะไลซิสสำหรับการกำจัดและนำกลับโครเมียมจากน้ำเสียโรงงานอุตสาหกรรม" ทุนสนับสนุนจากศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุ แห่งชาติ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ) ส่วนสารอินทรีย์ที่นำมากำจัดในงานวิจัยนี้ ประกอบด้วยกลุ่มของสารอินทรีย์หลัก ได้แก่ สารอินทรีย์ในกลุ่มของฟีนอล และสาร อินทรีย์ในกลุ่มของเบนซิน ซึ่งเป็นสารอินทรีย์ที่มีพันธะเคมีต่อกันในรูปของวงแหวน โดยงานวิจัยของสารอินทรีย์กลุ่มแรก จะดำเนินการวิจัยในปีที่ 1 โดยเน้นการศึกษาถึงผลของตำแหน่งพันธะเคมีของอนุมูล ผลของชนิดของสารฮาโลเจน (คลอไรด์ ฟลูออไรด์) และจำนวนของสารฮาโลเจนที่มีในสารอินทรีย์ ต่อประสิทธิภาพในการกำจัดสารอินทรีย์ชนิดนั้นๆ ด้วยนาโนฟิล์มไททาเนียมไดออกไซด์ ส่วนงานวิจัยที่ดำเนินการในปีที่ 2 จะเน้นการศึกษาถึงการกำจัดสารอินทรีย์ในส่วนของเบนซิน โดยพิจารณาถึง ผลของชนิดอนุมูลที่แตกต่างกัน ผลของชนิดของสารฮาโลเจน (คลอไรด์ ฟลูออไรด์) และจำนวนของสารฮาโลเจนที่มีในสารอินทรีย์ โดยจะแสดงผลถึงความสามารถในการกำจัดของสารอินทรีย์ด้วยนาโนฟิล์มของไททาเนียมไดออกไซด์เมื่อสารอินทรีย์มีลักษณะโครงสร้างแตกต่างกันไปตามที่ได้กำหนดไว้ ผลที่ได้จากงานวิจัยนี้จะเป็นข้อมูลที่สำคัญในการเลือกใช้นาโนเทคโนโลยีในรูปแบบของไททาเนียมไดออกไซด์เพื่อเลือกใช้ในการกำจัดสารอินทรีย์ที่มีอยู่ในน้ำได้อย่างเหมาะสม

วัตถุประสงค์ของโครงการ

ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับจากการวิจัย

การนำผลวิจัยที่ได้ไปใช้ในการเลือกกำจัดสารอินทรีย์ที่เหมาะสมด้วยกระบวนการโฟโตคะตะไลซิส โดยใช้นาโนฟิล์มไททาเนียมไดออกไซด์ โดยงานวิจัยนี้จะบ่งบอกถึงชนิดของสารอินทรีย์ที่สามารถถูกกำจัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ และบอกถึงข้อจำกัดของกระบวนการโฟโตคะตะไลซิสในการบำบัดและกำจัดสารอินทรีย์บางประเภท โดยผลที่ได้ของงานวิจัยนี้จะนำไปสู่การเลือกใช้เทคโนโลยีอย่างเหมาะสมในการบำบัดน้ำเสียสำหรับน้ำเสียชุมชน และน้ำเสียอุตสาหกรรม ทำให้การนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้งานเกิดขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการประยุกต์เทคโนโลยีนี้ไปใช้กับการบำบัดน้ำเสียของโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ
และจากการที่งานวิจัยนี้เป็นการพัฒนานาโนฟิล์มไททาเนียมไดออกไซด์ เพื่อใช้ในงานด้านสิ่งแวดล้อม ซึ่งเป็นการพัฒนาองค์ความรู้ใหม่ที่มีแนวโน้มในการนำไปใช้ได้จริง จึงจัดได้ว่าเป็นงานวิจัยนำร่อง และเป็นจุดเริ่มในการนำนาโนเทคโนโลยีไปใช้งานด้านสิ่งแวดล้อมของประเทศ ซึ่งนอกจากจะได้องค์ความรู้ที่มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องจากงานวิจัยเดิมที่มีมาก่อนหน้านี้แล้ว ยังเป็นประโยชน์ต่อการพัฒนาและเพิ่มศักยภาพในงานวิจัยด้านนาโนเทคโนโลยีของประเทศอีกด้วย

return topic

Revised: 13 December 2005/13:43:10
© 1999 by Research and Intellectual Property Promotion Center.