การพัฒนาหน้ากากกรองฝุ่น PM2.5 โดยนาโนไฟเบอร์จากไคโตซาน

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ณภัทร พฤกพัฒนาชัย, ปาณิสรา เกียรติบัณฑิต, ปิติภา แก้วพวง

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

เมษสุวัลย์ พงษ์ประมูล, รัฐพล รังกุพันธุ์

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2562

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

บทคัดย่อ :

​การเกิดฝุ่น PM 2.5 ในประเทศไทยเป็นปัญหาที่ได้รับความสนใจจากประชาชนเป็นอย่างมากโดยเฉพาะประชาชนที่อยู่ในเขตพื้นที่ได้รับผลกระทบซึ่งพบได้ในเขตชุมชนเมือง อุตสาหกรรมและเกษตรกรรม โดยฝุ่น PM 2.5 จะส่งผลกระทบต่อการดำรงชีวิต สุขภาพทั้งในระยะสั้นและระยะยาวขึ้นอยู่กับปริมาณความหนาแน่นของฝุ่นที่เข้าสู่ร่างกายแล้วส่งผลต่อระบบต่าง ๆ ภายในร่างกายโดยเฉพาะระบบการหายใจ ผู้ประกอบการได้พยายามผลิตหน้ากากเพื่อกรองฝุ่นหลากหลายแบรนด์ แต่หน้ากากกรองฝุ่นที่พบเห็นได้ทั่วไป หรือ หน้ากาก N95 นั้น ส่งผลให้ผู้สวมใส่หายใจไม่สะดวกซึ่งเกิดจากค่าความแตกต่างของความดันระหว่าง (pressure drop) มีค่าสูงเกินไป ในขณะที่หน้ากากอนามัยทั่วไปที่หายใจได้สะดวก ไม่สามารถกรองฝุ่น PM 2.5 ได้ โครงงานนี้ผู้พัฒนาจึงเลือกนำนาโนไฟเบอร์มาเสริมหน้ากากอนามัยแบบทั่วไป เนื่องจากนาโนไฟเบอร์มีความสามารถในการกรองฝุ่นสูง จากขนาดของช่องว่างระหว่างเส้นใยที่เล็กกว่าขนาดฝุ่น เเละเลือกใช้ไคโตซานในการสร้างนาโนไฟเบอร์ เนื่องจากเป็นสารที่ย่อยสลายได้ตามธรรมชาติและยังมีสมบัติการต้านจุลชีพ ในการทดลองหาสภาวะที่เหมาะสมต่อการขึ้นรูปเส้นใยและนำเส้นใยมาขึ้นรูปบนหน้ากากอนามัยที่ความหนาต่างกัน ซึ่งควบคุมโดยเวลาที่ใช้ขึ้นรูป ผลการทดลองพบว่า สารละลายที่ประกอบด้วยสารละลายไคโตซาน 3% ในกรดอะซิติกความเข้มข้น 3% และสารละลาย Polyvinyl alcohol (PVA) 12% (w/v) ในอัตราส่วน 3:2 เมื่อขึ้นรูปบนหน้ากากอนามัยทั่วไปเป็นเวลา 90 นาทีจะเป็นเวลาที่เหมาะสมที่สุดเนื่องจากมีประสิทธิภาพการกรองฝุ่น Pm2.5 เทียบเท่าหน้ากาก N95 คือ 95.66 % และมีค่าความแตกต่างระหว่างความดันอากาศภายในและภายนอกหน้ากาก (Pressure drop) เท่ากับ 70.60 Pascal ซึ่งต่ำกว่าหน้ากาก N95 ที่มีค่า pressure drop เท่ากับ 95.91 Pascal

Abstract :

​Nowadays, PM 2.5, which is a particle with its diameter less than 2.5 micron, seems to be an issue mostly interested by Thai people because it can be found in a big city and it is harmful to the human body. As a result, an air filtration mask is produced to tackle this problem, but N95 contributes to a breathing problem due to its high-pressure drop that you have to use more force to breathe once, while a normal air filtration mask with low-pressure drop has low efficiency in filtration infinitesimal particle. In this project, developers decide to use a normal mask covered with nanofiber to increase the effectiveness of air filtration seeing that its high porosity. Also, we chose chitosan as a based-polymer to produce nanofiber because of its properties; antibacterial and biodegradable. In our experiment, we were going to find the best condition to produce a well-formed nanofiber before covering a simple mask with our nanofiber in different thicknesses by regulating the time used in electrospinning. As our result was shown that the best condition for electrospinning is using chitosan 3% (w/v) in acetic acid solution 3% (v/v) mixed with PVA solution 12% (w/v) in ratio 6 cc: 4 cc. The most appropriate time used in electrospinning is 1.5 hour. Surprisingly, a mask covered with our nanofiber has filtration efficiency value equal to N95. Moreover, it has a pressure drop value of less than N95’s value.