การสังเคราะห์วัสดุพรุน (porous materials) ระดับนาโนด้วยการประยุกต์ใช้โซลเจลเทคโนโลยีร่วมกับสาร templates และการประยุกต์ใช้ในการดูดซับสารระเหยอินทรีย์ (VOCs) (ระยะที่ 1-2)
Study of the Synthesis of Porous Materials in Nano-level by Sol-Gel Method using Templates and the Application in VOCs Adsorption (Phase 1-2)

รศ.ดร.วิโรจน์ บุญอำนวยวิทยา
Virote Boonamnuayvitaya (Assoc. Prof.)
ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์
ผศ.ดร.สมนึก จารุดิลกกุล
Somnuk Jarudilokkul (Assoc. Prof.)

ทุนหมวดเงินอุดหนุนประจำปี 2550 งบประมาณ 240,000 บาท
ทุนหมวดเงินอุดหนุนประจำปี 2551 งบประมาณ 237,500 บาท

ความสำคัญและที่มาของการวิจัย

ในปัจจุบันปัญหาสิ่งแวดล้อมส่วนใหญ่ในประเทศไทยเกิดจากโรงงานอุตสาหกรรม โดยเฉพาะโรงงานอุตสาหกรรมประเภทเคมีอินทรีย์, พอลิเมอร์, เคลือบผิว, ผลิตสี เป็นต้น โรงงานเหล่านี้ปล่อยของเสียออกมาในรูปของไอของสารระเหยอินทรีย์ (Volatile Organic Compounds, VOCs) ซึ่งเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ตัวอย่างเช่น เบนซิน (benzene), โทลูอีน (toluene) และสารประกอบอัลดีไฮด์ (aldehydes) เป็นต้น สารระเหยอินทรีย์เหล่านี้ก่อให้เกิดปัญหามลพิษทางอากาศ เพราะเป็นสารตั้งต้นสำคัญในการเกิดปฏิกิริยา photochemical ในชั้นบรรยากาศของโลก โดยจะทำปฏิกิริยากับออกไซด์ของไนโตรเจนเกิดเป็นหมอกที่เรียกว่า photochemical smog ซึ่งมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงของชั้นบรรยากาศโลก รวมทั้งเป็นพิษต่อสุขภาพของมนุษย์และสัตว์ดังนั้น จึงจำเป็นต้องควบคุมการแพร่กระจายของสารระเหยอินทรีย์ออกสู่สิ่งแวดล้อม วิธีการควบคุมการแพร่กระจายของสารระเหยอินทรีย์ที่มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ การดูดซับ (adsorption), การดูดกลืน (absorption), การควบแน่น (condensation) และการแยกด้วยเยื่อแผ่น (membrane separation) เทคนิคการดูดซับเป็นเทคนิคที่ได้รับความสนใจมากขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สารดูดซับ (adsorbents) ที่นิยมใช้ควบคุมการแพร่กระจายของสารระเหยอินทรีย์ในโรงงานอุตสาหกรรม ได้แก่ ถ่านกัมมันต์ (activated carbon) และซีโอไลท์ (zeolite) อย่างไรก็ตาม สารดูดซับเหล่านี้มีข้อจำกัดในการใช้งานค่อนข้างมาก เนื่องจากการกระจายรูพรุนของถ่านกัมมันต์ และซีโอไลท์มีค่าน้อยกว่า 2 นาโนเมตร ซึ่งเป็นขนาดของรูพรุนขนาดเล็ก (micropore) จึงทำให้ไม่สามารถดูดซับโมเลกุลของสารระเหยอินทรีย์ขนาดใหญ่ในอุตสาหกรรมจริงได้ นอกจากนั้น การฟื้นสภาพของถ่านกัมมันต์เพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ จะต้องสูญเสียถ่านกัมมันต์ไปบางส่วนในระหว่างขั้นตอนของการฟื้นสภาพและถ่านกัมมันต์ที่ได้จะมีประสิทธิภาพลดลง ดังนั้นเพื่อแก้ไขข้อจำกัดที่เกิดขึ้น จึงได้นำเทคโนโลยีโซลเจล (Sol-Gel technology) และสาร template หรือ Pore forming agent มาช่วยในการสังเคราะห์สารดูดซับที่มีลักษณะเป็นรูพรุน สารดูดซับที่ได้จะมีการกระจายตัวของรูพรุนแคบ และมีพื้นที่ผิวและปริมาตรรูพรุนสูง ขนาดของรูพรุนสามารถควบคุมได้โดยการเปลี่ยนชนิด, ขนาดโมเลกุล และความเข้มข้นของสาร template นอกจากนั้นสารดูดซับที่สังเคราะห์ด้วยเทคโนโลยีโซลเจลสามารถทนความร้อนได้สูง จึงสามารถทำการฟื้นสภาพด้วยความร้อนเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ได้โดยไม่สูญเสียสารดูดซับไปในระหว่างการฟื้นสภาพ ข้อดีอื่นๆ ของการสังเคราะห์สารดูดซับด้วยเทคโนโลยีโซลเจล คือสารดูดซับที่สังเคราะห์ได้มีความบริสุทธิ์สูง และใช้อุณหภูมิในการสังเคราะห์ต่ำซึ่งเป็นการลดการระเหยของสารที่ระเหยง่ายทำให้ไม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ในขณะที่การเตรียมถ่านกัมมันต์จะต้องใช้พลังงานสูงมากทั้งในขั้นตอนการคาร์บอไนเซชั่น (carbonization) และการกระตุ้น (activation) เพราะอุณหภูมิที่ใช้ในกระบวนการนี้อยู่ในช่วง 500-1000 องศาเซลเซียส และถ้าเป็นการเตรียมถ่านกัมมันต์โดยใช้วิธีการกระตุ้นทางเคมี (chemical activation) นั้น สารเคมีที่ใช้จะส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมได้
ในงานวิจัยนี้ทำการสังเคราะห์วัสดุพรุน (porous materials) ที่มีสมบัติต่างกัน เช่น ขนาดและปริมาตรรูพรุน และหมู่ฟังก์ชันของ mesoporous silica โดยใช้สารตั้งต้น และสาร template ชนิดต่างๆ และอัตราส่วนต่างๆ กันในการสังเคราะห์ และนำมาประยุกต์ใช้เป็นสารดูดซับ โดยจะศึกษาประสิทธิภาพในการดูดซับสารระเหยอินทรีย์ของสารดูดซับที่สังเคราะห์ได้ และเพื่อที่จะศึกษาผลของชนิดและปริมาณของหมู่ฟังก์ชันของสารดูดซับที่มีต่อประสิทธิภาพในการดูดซับสารระเหยอินทรีย์ประเภทต่างๆ จึงเลือกโทลูอีน และฟอร์มัลดีไฮด์ (formaldehyde) สำหรับใช้ในงานวิจัยนี้ โดยที่โทลูอีนเป็นโมเลกุลจำพวก hydrophobic และฟอร์มัลดีไฮด์เป็นโมเลกุลจำพวก hydrophilic นอกจากนั้น ขนาดโมเลกุลของสารระเหยอินทรีย์สองชนิดดังกล่าวก็มีความแตกต่างกันโดยที่โทลูอีนมีขนาดใหญ่กว่าฟอร์มัลดีไฮด์ ดังนั้น จึงมีการศึกษาผลของขนาดของรูพรุนที่มีผลต่อประสิทธิภาพในการดูดซับสารระเหยอินทรีย์ทั้งสองประเภทนี้ด้วย

วัตถุประสงค์ของโครงการ

  1. ออกแบบและสังเคราะห์วัสดุพรุน (porous materials) ระดับนาโนด้วยการประยุกต์ใช้โซลเจลเทคโนโลยีร่วมกับสาร template
  2. ศึกษาประสิทธิภาพในการดูดซับสารระเหยอินทรีย์ (VOCs)

ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับจากการวิจัย

  1. สามารถผลิตสารดูดซับที่มีรูพรุน และมีหมู่ฟังก์ชันตามที่ต้องการ
  2. สามารถผลิตสารดูดซับสารระเหยอินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพสูง
  3. สามารถกำจัดสารระเหยอินทรีย์ในบรรยากาศทำให้ช่วยลดปัญหาสิ่งแวดล้อม
  4. เกิดองค์ความรู้รวมทั้งประสบการณ์ในการสังเคราะห์สารที่มีรูพรุนตามต้องการได้

return topic

Revised: 15 May 2009/10:15:10
© 2004 by Research and Intellectual Property Promotion Center.