การศึกษาการตกตะกอนสีย้อมกกด้วยเซลล์ไฟฟ้าจากไทเทเนียมไดออกไซด์ร่วมกับอนุภาคซิลเวอร์นาโนที่สังเคราะห์จากขิง
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
ภูมิพัฒน์ คำชมภู, เกียรติก้อง คูณผล
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
น้ำทิพย์ ศรีแก้ว
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
ในปัจจุบันสีย้อมถูกใช้อย่างแพร่หลาย ไม่ว่าจะเป็นสีย้อมผ้า สีย้อมไหม สีย้อมกกที่ใช้ทอเสื่อส่วนใหญ่จะเป็นสีเคมีหรือสีสังเคราะห์ที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีในห้องปฏิบัติการ ซึ่งจะคงทนต่อการชะล้าง ทนต่อสภาพอุณหภูมิสูง สีสันหลากหลาย ย้อมติดเส้นใยได้หลายชนิด แต่ในช่วง 5-10 ปีที่ผ่านมา มีการวิจัยพบว่า สีย้อมเคมีบางชนิดเป็นสารก่อมะเร็งทั้งระหว่างการย้อมและในน้ำทิ้งที่ปนเปื้อนทําให้เกิดสารพิษตกค้างในดิน น้ำ และสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ มีผลการวิจัยสีสังเคราะห์ย้อมผ้า พบว่า หลายชนิดมีการปนเปื้อนของโลหะหนัก ซึ่งเป็นสารก่อมะเร็ง (จรัสพล รินทระ, 2548) โลหะหนักเป็นพิษต่อร่างกายมนุษย์อย่างมาก ไม่ว่าจะอยู่ในรูปของธาตุบริสุทธิ์ สารประกอบอินทรีย์ หรือสารประกอบอนินทรีย์ ความเป็นพิษของโลหะหนักแสดงออกมาให้เห็นเมื่อถูกสะสมอยู่ในร่างกายจนมีปริมาณมากพอ ยกตัวอย่างเช่น ตะกั่ว อาการแพ้พิษของสารตะกั่วที่พบบ่อย ๆ คือ โลหิตจาง ปวดท้องเป็นประจํา ท้องผูก กล้ามเนื้อไม่แข็งแรง ปวดศีรษะ รู้สึกอ่อนเพลีย น้ำหนักลด ปวดตามข้อ สมองเชื่องช้า ขาดความกระตือรือร้น ความจําเสื่อม เป็นโรคประสาทอย่างอ่อน และสารประกอบโครเมียม ทําให้เกิดอาการคันที่ผิวหนังเป็นพิษต่อร่างกาย การหายใจเอาฝุ่นของโครเมตหรือไอของกรดโครมิกเป็นอันตรายต่อระบบหายใจได้
ขิง (Zingiber officinale Roscoe.) เป็นพืชประเภทเครื่องเทศที่มีความสําคัญของประเทศไทย ซึ่งเป็นสมุนไพรที่แสดงสมบัติการต้านอนุมูลอิสระมากที่สุด คือ สารสกัดขิง มีค่า IC50= 2.16 mg/ml ผลการทดสอบหาปริมาณสารประกอบฟีนอลิกรวม พบว่าสารสกัดขิงมีปริมาณสารประกอบฟีนอลิกรวมมากที่สุด (210.19±0.01 mg GAE/g extract) การทดสอบหาปริมาณสารประกอบฟลาโวนอยด์รวม พบว่าสารสกัดขิง มีปริมาณสารประกอบฟลาโวนอยด์รวมมากที่สุด (129.04±1.10 mg QE/g extract) (อาวุธ หงส์ศิริ, 2564) และปัจจุบันมีการศึกษาวิจัยเกี่ยวกับสรรพคุณของขิงมากมาย เช่น ฤทธิ์การยับยั้งจุลินทรีย์ของพืชสมุนไพร วงศ์ขิง เป็นต้น ทั้งนี้คณะผู้จัดทำจึงสนใจที่จะนําขิงมาใช้ให้เกิดประโยชน์มากที่สุด เนื่องจากขิงเป็นพืชสมุนไพรใกล้ตัวที่สามารถหาได้ง่ายและสามารถปลูกขิงได้เอง ทําให้เอื้อต่อการนํามาใช้ประโยชน์ในท้องถิ่นได้ตลอดทั้งปี
อนุภาคนาโนเงินหรือซิลเวอร์นาโน (Silver nanoparticles) มีการนํามาประยุกต์ใช้ในหลาย ๆ ด้าน ไม่ว่าจะเป็นทางด้านสุขภาพ โดยมีการทดสอบแล้วว่าปลอดภัยต่อร่างกาย เนื่องด้วยปริมาณที่น้อยมากนี้จึง ไม่มีผลข้างเคียงใด ๆ ต่อร่างกาย เนื่องจากซิลเวอร์เป็นธาตุเฉื่อยที่มีอยู่ในธรรมชาติ จึงนํามาใช้งานกับมนุษย์ได้ เช่น ใช้ซิลเวอร์ผสมในน้ำยาบ้วนปาก เพื่อฆ่าเชื้อแบคทีเรียในช่องปาก ใช้เป็นส่วนผสมในวัสดุทําหน้ากาก ปิดปาก ปิดจมูก และนอกจากนี้ยังมีการนําไปใช้ในงาน อุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น ใช้เป็นส่วนผสมในสีทาบ้าน และเป็นส่วนผสมของเส้นใยในแผ่นกรองอากาศ ทั้งนี้การสังเคราะห์ด้วยกระบวนการเคมีเป็นวิธีีที่ได้รับความนิยมมากที่สุดเนื่องจากสามารถผลิตได้ในปริมาณมากและยังควบคุมคุณภาพของผลิตภัณฑ์ได้ง่ายการสังเคราะห์อนุภาคนาโนซิลเวอร์ดว้ยกระบวนการเคมีมีองค์ประกอบหลัก 3 ส่วน ได้แก่ เกลือของซิลเวอร์ ซึ่งสารที่นิยมใช้คือ ซิลเวอร์ไนเตรต (AgNO3) ตัวรีดิวซ์ (Reducing agent) และสารให้ความคงตัว (Stabilizer) อย่างไรก็ตามการสังเคราะห์อนุภาคนาโนซิลเวอร์ด้วยกระบวนการเคมีนั้นมีการใช้สารเคมีที่อาจส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจึงมีความพยายามที่จะพัฒนากระบวนการผลิตอนุภาคนาโนซิลเวอร์ให้เป็นแบบเคมีสีเขียว (Green chemistry) ด้วยการลดปริมาณการใช้สารเคมีหรือใช้สารเคมีธรรมชาติทดแทนสารเคมีสังเคราะห์ (เนตรนภา ชะนะ, 2562)
ดังนั้นทางคณะผู้จัดทำจึงสนที่จะศึกษาการตกตะกอนสีย้อมกกด้วยเซลล์ไฟฟ้าจากไทเทเนียมไดออกไซด์ร่วมกับอนุภาคซิลเวอร์นาโนที่สังเคราะห์จากขิง ซึ่งเป็นสารประกอบที่ไม่ปล่อยสารพิษสู่สิ่งแวดล้อม และสามารถกำจัดแบคทีเรียที่มาสัมผัสกับฟิล์มบางซิลเวอร์นาโนหรือแบคทีเรียที่อยู่ในน้ำได้อีกด้วย ทั้งนี้เราสามารถนำเซลล์ไฟฟ้าเคมีมาตกตะกอนสารประกอบที่เป็นพิษในน้ำเสียของสีย้อมกก เพื่อบำบัดให้น้ำมีคุณภาพเทียบเท่าค่ามาตราฐานน้ำทิ้งจากโรงงานอุตสาหกรรม และปล่อยคืนสู่ธรรมชาติต่อไป