การศึกษาประสิทธิภาพการดูดซับเหล็กและทองแดงด้วยไฮโดรเจลจากกาบมะพร้าว

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ธัญญพร รักสมบัติ, สุชานาถ ทองประดิษฐ์, ธนพร โถบำรุง

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

ดารณี ไชยเวช

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนวิทยาศาสตร์จุฬาภรณราชวิทยาลัย เลย

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2564

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

ไฮโดรเจล เป็นพอลิเมอร์ชนิดชอบน้ำ (Hydrophilic polymers) ที่มีโครงสร้างโมเลกุลเป็นแบบโครงร่างตาข่าย (Crosslinked structure) ไฮโดรเจลจึงพองตัว และยืดหยุ่นแต่ไม่ละลายน้ำ จึงทำให้สามารถนําไฮโดรเจลไปประยุกต์ใช้งานหลาย ๆ ด้าน เช่น ใช้ในการดูดซับโลหะหนัก โดยไอออนโลหะหนักจะคีเลตกับอะตอมที่ให้อิเล็กตรอน (electron donor atoms) ของพอลิเมอร์แล้วสร้างพันธะโคออดิเนตโคเวเลนต์ (coordinate covalent bonds) เรียกว่า โพลีคีเลตโทเจน (polychelatogens) (วารุณี ตานันต์ และ สายันต์ แสงสุวรรณ, 2557) โครงงานนี้ศึกษาประสิทธิภาพการดูดซับโลหะหนักของไฮโดรเจลจากกาบมะพร้าวเพื่อนำไปใช้งานได้จริงในกระบวนการบำบัดน้ำเสียก่อนปล่อยสู่แหล่งน้ำ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาประสิทธิภาพการดูดซับเหล็กและทองแดงด้วยไฮโดรเจลจากกาบมะพร้าว โดยศึกษาการสังเคราะห์ไฮโดรเจลที่มีอัตราส่วนระหว่างคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสจากกาบมะพร้าวต่อไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส และศึกษาอัตราส่วนปริมาณของกรดมาลิกซึ่งเป็นสารเชื่อมขวางต่อน้ำหนักพอลิเมอร์รวม จากการศึกษาค้นคว้าจากงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง คณะผู้จัดทำได้เลือกใช้วิธีการสังเคราะห์ไฮโดรเจลแบบการเชื่อมขวางทางเคมี วัสดุที่ใช้ในการสังเคราะห์มาจากพอลิเมอร์ธรรมชาติคือ เซลลูโลสจากกาบมะพร้าวเหลือทิ้ง โดยจะนำมาสังเคราะห์เป็นคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (Carboxymethyl cellulose : CMC) ก่อนนำไปสังเคราะห์เป็นไฮโดรเจล เนื่องจากคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสเป็นอนุพันธ์ของเซลลูโลสมีลักษณะเป็นของแข็งสีขาว ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส ไม่เป็นอันตราย ไม่มีผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม ละลายน้ำได้ดี มีคุณสมบัติเป็นสารเพิ่มความหนืดที่ช่วยในการยึดเกาะและเป็นสารคงสภาพ เมื่อนำคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสมาสังเคราะห์เป็นไฮโดรเจลจะได้เป็นพอลิเมอร์ที่สามารถใช้เป็นตัวดูดซับสารเคมีที่มีประจุซึ่งปนเปื้อนในน้ำเสียได้ โดยเตรียมสารละลายระหว่างคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสและไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสเป็นอัตราส่วน 2:1 3:1 4:1 ทั้งหมด 2% ของปริมาตรน้ำ จากงานวิจัยของ Yoldas Seki และคณะ(2557) ที่ศึกษาสารเชื่อมขวางที่แตกต่างกันสองชนิดคือ กรดฟูมาริก (Fumaric : FA) และกรดมาลิก (Malic acid : MA) พบว่าไฮโดรเจลที่เชื่อมขวางด้วยกรดมาลิกจะอุ้มน้ำได้ดีกว่า และเนื้อเรียบเนียนกว่า คณะผู้จัดทำจึงเลือกใช้กรดมาลิก เป็นสารเชื่อมขวาง ความเข้มข้น 10% 15% และ20% ของปริมาตรสารละลาย จากนั้นนำไปทดสอบอัตราการบวมน้ำของไฮโดรเจล และทดสอบประสิทธิภาพการดูดซับโลหะหนักได้แก่ ทองแดงและเหล็ก โดยทองแดงจะทำการทดสอบด้วยวิธีการ Atomic absorption ส่วนเหล็กจะทำการทดสอบด้วยเทคนิค UV-Vis spectroscopy ทั้งสองศึกษาในน้ำเสียสังเคราะห์ 100 มก./ลิตร ของโลหะ ปัจจัยการดูดซับที่ศึกษาได้แก่ เวลาที่ใช้ในการดูดซับ ความเข้มข้นของสารละลายเริ่มต้น ค่าพีเอช และ ไอโซเทอร์ม (Isotherm) ของการดูดซับ

ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับจากการทำโครงงานนี้คือ สามารถนำไฮโดรเจลจากกาบมะพร้าวไปใช้ในการดูดซับโลหะหนักได้จริงและมีประสิทธิภาพ, เพิ่มมูลค่าให้กับกาบมะพร้าวซึ่งเป็นวัสดุเหลือทิ้ง, ส่งเสริมการนำวัสดุเหลือทิ้งจากการใช้งานมาก่อให้เกิดประโยชน์สูงสุด, สร้างทางเลือกใหม่ในการบำบัดน้ำเสียก่อนปล่อยสู่แหล่งน้ำ, ลดการปนเปื้อนของโลหะหนักในแหล่งน้ำ ส่งผลให้ระบบนิเวศในแหล่งน้ำดีขึ้น, การมีแหล่งน้ำที่ใช้ในการอุปโภคบริโภคที่ดียิ่งขึ้น