การสลายตัวของพลาสติก polymethylmethacrylate (PMMA) ด้วย ตัวเร่งปฏิกิริยาไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2)
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
จักรพรหม พรหมสิรินิมิต, ก่อพงศ์ เรืองวัฒนกุล
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
สิริหทัย ศรัขวัญใจ
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
ในปัจจุบัน 60-80% ของขยะในโลกเป็นพลาสติก โดย 10% ของขยะประเภทพลาสติกถูกทิ้งลงสู่ทะเลทันที (Avio, 2016) ซึ่งพลาสติกที่ถูกใช้ในปัจจุบัน จะเป็นพลาสติกที่ผ่านการผสมกับสารอื่น ๆ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้งาน และเพิ่มขอบเขตในการใช้งานอีกด้วย
พอลิเมอร์ (polymer) คือ สารประกอบที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่และมีมวลโมเลกุลมาก ประกอบขึ้นจากหน่วยย่อยเล็ก ๆ ที่เรียกว่ามอนอเมอร์ (Monomer) ซึ่งมอนอเมอร์ที่อาจจะเหมือนกันหรือต่างกันมาเชื่อมต่อด้วยพันธะโควาเลนต์ โพลิเมทิลเมทาไครเลท (PMMA) เป็นหนึ่งในโพลิเมอร์ที่ถูกใช้อย่างแพร่หลาย ในปัจจุบันมีการนำ PMMA มาใช้ประโยชน์ต่าง ๆ มากมาย เช่น นำมาทำกระจกใสบนเครื่องบิน ป้ายโฆษณา กระจกตู้ปลา วัสดุทางการแพทย์ เป็นต้น (M., 2014) เนื่องจากวัสดุมีสมบัติโดดเด่นในเรื่องความเหนียว ความโปร่งใส สามารถขึ้นรูปได้ง่าย และมีความหนาแน่นต่ำ ซึ่งเป็นสมบัติของวัสดุประเภทพลาสติกแล้ว PMMA จึงเป็นวัสดุชนิดหนึ่งที่นิยมนำมาใช้ทดแทนแทนแก้ว (รัชเวทย์, 2555) ทำให้เกิดขยาพลาสติก ในการกำจัด PMMA โดยทำให้ PMMA สลายตัว PMMA จะต้องได้รับพลังงาน ทำให้โมเลกุลของพอลิเมอร์แตกออกและรวมกับสารอื่น ทำให้คุณสมบัติของ PMMA เปลี่ยนไป การได้รับพลังงานทำได้หลายวิธีเช่น การให้ความร้อน(Thermal degradation) การให้แสงอาทิตย์(Photo degradation) การใช้ออกซิเจน(Oxidative degradation)และการใช้รังสีอัลตราไวโอเลต (รัชเวทย์, 2555)
ไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) เป็นสารประกอบที่มีสมบัติเป็นตัวเร่งปฏิกริยาเชิงแสง (photocatalyst) และตัวออกซิไดซ์ที่ดี ทนต่อสภาพกรดและเบส ไม่มีพิษ เหมาะสมกับการออกซิไดส์สารประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์ในน้ำในปริมาณ 0.01-10 ppm (Castellote & Bengsston, 2011) หากได้รับพลังงานกระตุ้นที่เหมาะสมจะทำให้ TiO2 ศูนย์เสียอิเล็กตรอน และทำให้เกิดช่องว่าง หรือ h+ ซึ่ง h+ และอิเล็กตรอน สามารถสลายพันธะในสารประกอบต่าง ๆ ด้วยการเข้าไปจับตัวแทนที่ ซึ่งพลังงานที่เหมาะสมในการกระตุ้น TiO2 คือ คลื่นแสงหรือโฟตอนที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่าหรือเท่ากับ 388 นาโนเมตร หรือพลังงาน 3.2 อิเล็กตรอนโวลต์ (Castellote & Bengsston, 2011) ซึ่งสามารถทำให้โมเลกุลของพลาสติกประเภท PMMA แตกตัวเป็นโมเลกุลที่มีขนาดเล็ก ดังนั้นผู้วิจัยจึงสนใจที่จะศึกษา สมบัติทางกายภาพและสมบัติทางเคมีพลาสติกประเภท PMMA หลังจากถูกย่อยสลาย และทดสอบประสิทธิภาพของไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) ในการเป็นสารเร่งปฏิกิริยาเชิงแสง