การพัฒนาแผ่นกรองอากาศจากเส้นใยใบสับปะรดร่วมกับคาร์บอนแอคทีฟจากเปลือกไข่โดยวิธีกระตุ้นทางกายภาพและนาโนซิงค์ออกไซด์ ที่มีประสิทธิภาพในการกรอง PM 2.5 และยับยั้งเชื้อจุลินทรีย์ก่อโรคทางเดินหายใจ

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ธัญรดา น้ำเงินสกุลมี, อริสา สีมาตา

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

ณัฐภัสสร เหล่าเนตร์

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนวิทยาศาสตร์จุฬาภรณราชวิทยาลัย พิษณุโลก

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2566

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

สับปะรดเป็นพืชเศรษฐกิจที่สำคัญของประเทศไทย เนื่องจากเป็นแหล่งเพาะปลูกและส่งออกสับปะรดที่สำคัญอันดับหนึ่งของโลก ประเทศไทยได้นำผลสับปะรดมาบริโภคสด และใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับผลิตภัณฑ์แปรรูปต่าง ๆ ส่วนใบสับปะรดเป็นวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรจำนวนมาก และปัจจุบันได้มีการนำเส้นใยใบสับปะรดมาท่าเป็นผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ มากมาย เช่น กระดาษเส้นด้าย และผ้าทอ เป็นต้น (Amornsakchai & Kengkhetkit, 2014) และงานหัตถกรรมโดยผสมกับกระดาษสา

ปัจจุบันอากาศรอบตัวเต็มไปด้วยมลพิษทางอากาศที่ส่งผลเสียต่อสุขภาพ โดยเฉพาะผู้ที่มีภูมิคุ้มกันต่ำหรือเป็นภูมิแพ้ เมื่อร่างกายสัมผัสกับอากาศที่ปนเปื้อนมลพิษเหล่านี้ อาจก่อให้เกิดอาการภูมิแพ้ ระคายเคืองดวงตา ไอจาม หรือปวดศีรษะได้ ปัญหาฝุ่น PM 2.5 นี้เริ่มรุนแรงขึ้นมาในประเทศไทยประมาณปี พ.ศ. 2561 คือประมาณ 5 ปีที่แล้วต่อเนื่องกันมาทุกปี โดยเริ่มเกิดเมื่อเข้าสู่ฤดูหนาวประมาณเดือนธันวาคม และ จะบรรเทาเบาบางลงเมื่ออากาศร้อนขึ้นประมาณเดือนเมษายน ผู้คนจึงเลือกที่จะสวมใส่หน้ากากอนามัย ที่สามารถกรองฝุ่น PM 2.5 ได้ และใช้เครื่องฟอกอากาศเพื่อกรองอากาศภายในบ้าน เพื่อลดฝุ่นและกำจัดเชื้อโรคที่เป็นอันตรายต่อร่างกาย โดยเครื่องฟอกอากาศมีตัวกรองที่มีเทคโนโลยีการกรอง หรือฟอกอากาศที่มีประสิทธิภาพของแผ่นกรองอากาศหลายชั้น แผ่นกรองอากาศในแต่ละชั้นมีหน้าที่ดูดซับสิ่งต่าง ๆ ที่เล็ก หรือ ฝุ่นละออง กลิ่นไม่พึงประสงค์ สารเคมี เชื้อโรคต่างๆ อย่าง เชื้อรา เชื้อแบคทีเรีย ทั้งนี้ด้วยราคาที่สูงของแผ่นกรองอากาศ และอายุการใช้งานขึ้นอยู่กับปริมาณฝุ่นในอากาศ ซึ่งจำเป็นต้องมีการเปลี่ยนทิ้ง แผ่นกรองทำด้วยใยแก้วซึ่งเมื่อใช้แล้วทิ้ง ก่อให้เกิดปัญหาของการไม่ย่อยสลาย จึงจำเป็นต้องหาแนวทางการจัดการขยะเหลือทิ้งโดยการเลือกใช้วัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และยังสามารถป้องกันมลพิษทั้งฝุ่นและเชื้อก่อโรคได้

การนําวัสดุนาโนเทคโนโลยีมาประยุกต์ใช้ในการควบคุมเชื้อราก่อโรคซึ่งได้เข้ามามีบทบาทในการพัฒนาด้านการเกษตร สามารถช่วยให้เกษตรกรมีทางเลือกในการควบคุมเชื้อราก่อโรคพืชได้ เช่น การใช้อนุภาคนาโนซิงค์ออกไซด์ คุณสมบัติของอนุภาคนาโนซิงค์ออกไซด์สามารถเข้าทําลายเชื้อก่อโรคได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพสูง จึงได้นํามาประยุกต์ใช้เพื่อลดความเสี่ยงในการใช้สารเคมีกําจัดเชื้อราก่อโรคพืช ทําให้มีความปลอดภัยต่อผู้บริโภคและรักษาสิ่งแวดล้อม นาโนซิงค์ออกไซด์เกิดจากกระบวนการเปลี่ยนขนาดอนุภาคซิงค์ออกไซด์ให้มีขนาดเล็กลงในระดับอนุภาคนาโนเมตร ลักษณะเป็นผงละเอียดสีขาว มีความบริสุทธิ์สูง สามารถสังเคราะห์ได้หลายรูปแบบ เช่น รูปแท่ง รูปทรงกลม และรูปแผ่น (Hu et al., 2013) จากข้อมูลดังกล่าวทําให้ผู้จัดทำสนใจที่นําองค์ความรู้ทางด้านนาโนวิทยาศาสตร์และนาโนเทคโนโลยี เพื่อนำอนุภาคขนาดนาโนเมตรมาใช้ในการกรองอากาศ

ถ่านกัมมันต์ (Activated carbon) เป็นตัวดูดซับ ซึ่งสามารถดูดซับสีย้อม โลหะหนัก อินทรีย์สารได้ วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตถ่านกัมมันต์นั้นมีหลายชนิด ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้วัสดุเหลือทิ้งจากธรรมชาติ ได้แก่ กะลามะพร้าว กาบมะพร้าว เปลือกข้าว และเปลือกของผลไม้บางชนิด เช่น ทุเรียน เป็นต้น เปลือกไข่โดยทั่วไปมีความหนาแน่นประมาณ 0.2-0.4 มิลลิเมตร โครงสร้างมีลักษณะเป็นรูพรุน เปลือกไข่ฟองหนึ่งมีรูพรุนประมาณ 7,000-17,000 รู มีองค์ประกอบทางเคมี ประกอบด้วย แคลเซียมคาร์บอเนต 95.1% โปรตีน 3.3% น้ำ 1.6% ทำให้เนื้อถ่านมีความละเอียดนาโน สามารถดักจับละอองฝุ่นขนาดเล็กได้ดี (วิรังรอง, 2558)

ด้วยเหตุนี้ ทางคณะผู้จัดจึงมีแนวคิดที่นำวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่มีประโยชน์มาพัฒนาเป็นแผ่นกรองอากาศจากเส้นใยใบสับปะรดร่วมกับคาร์บอนแอคทีฟจากเปลือกไข่โดยวิธีกระตุ้นทางกายภาพและนาโนซิงค์ ออกไซด์ ที่มีประสิทธิภาพในการกรอง PM 2.5 และยับยั้งเชื้อจุลินทรีย์ก่อโรคทางเดินหายใจ