เครื่องดักจับไมโครพลาสติกโดยประดิษฐ์ไส้กรองจากกาบกล้วย
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บุณยาพร สีพาติ่ง, ธนภัทร นามสมบูรณ์, ปริญญาภรณ์ อรรคฮาดศรี
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
ณัฏฐพัชร์ เพ็ชรศรีกุล, ดารณี ไชยเวช
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
ในปัจจุบันประเทศไทยประสบปัญหาการปนเปื้อนของพลาสติกเป็นจำนวนมากในแหล่งน้ำทั้งในทะเลและแหล่งน้ำตามชุมชน จากรายงานวิจัยเกี่ยวกับการประมาณจำนวนของเม็ดไมโครพลาสติกที่อยู่ในผลิตภัณฑ์ที่ใช้ในการทำความสะอาดใบหน้า และร่างกายหลายชนิดเข้าสู่แหล่งน้ำในธรรมชาติ ซึ่งพลาสติกที่ถูกทิ้งสู่สภาพแวดล้อมส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศทางทะเล และแหล่งน้ำตามชุมชนในห่วงโซ่อาหารซึ่งพลาสติกนั้นต้องใช้ระยะเวลาในการย่อยสลายนานมาก และพลาสติกนั้นถูกกระทำด้วยกระบวนการต่าง ๆ เช่น การกัดกร่อน จนเล็กลงเป็นไมโครพลาสติกที่มีขนาดเล็กกว่า 5 มิลลิเมตร และเมื่อสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ ในน้ำกินพลาสติกแล้วปลากินสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ หรือพลาสติกที่ปนเปื้อนในน้ำ และเมื่อคนกินปลา จึงเท่ากับคนได้รับพลาสติกเข้าไปในร่างกาย ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพในอนาคต นอกจากนี้ยังมีรายงานผลของไมโครพลาสติกต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำหลายชนิดด้วยกัน ในสาหร่ายและ แพลงก์ตอนพืช ไมโครพลาสติกมีผลกระทบต่อการสังเคราะห์แสงในสัตว์น้ำและแพลงก์ตอนสัตว์พบว่ามีการสะสมในเนื้อเยื่อมีผลกระทบต่อระบบการหายใจ การย่อยอาหาร การสืบพันธุ์ การเจริญ ทำให้ตัวอ่อนมีการเจริญที่ผิดปกติ และแผ่นเมมเบรนเป็นฟิล์มพอลิเมอร์บางที่มีรูพรุนขนาดเล็กมาก และมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของรูประมาณ 0.22-0.45 ไมครอน ทำหน้าที่เป็นกำแพงในการแยกสารปนเปื้อนออกจากน้ำ หรือขจัดอนุภาคที่ปนเปื้อนในน้ำ รีเวิร์สออสโมซิส อัลตร้าฟิลเตรชัน ไมโครฟิลเตรชั่น และนาโนฟิลเตรชั่น ล้วนใช้แผ่นเมมเบรนในกระบวนการกรอง (John Woodard, 2019) และเป็นทั้งพอลิเมอร์สังเคราะห์ที่มีความเสถียรทางเคมีและทางกลไก โดยมีการใช้งานมากมายสำหรับใช้ในงานวิศวกรรมการกรอง อีกทั้งแผ่นเมมเบรนยังสามารถผลิตได้จากเซลลูโลสของพืช หรือเรียกว่า “แผ่นเมมเบรนเซลลูโลส” (Mi Young Eo, 2016) ทางคณะผู้จัดทำจึงมีความสนใจที่จะนำเซลลูโลสจากพืชในท้องถิ่นมาพัฒนาเป็นแผ่นเมมเบรนเซลลูโลส โดยกล้วยเป็นพืชเศรษฐกิจ และคนนิยมปลูกกันอย่างแพร่หลายในประเทศไทยแต่อุตสาหกรรมการผลิตเกี่ยวกับกล้วยนั้นได้ใช้ประโยชน์จากต้นกล้วยเพียง ร้อยละ 12 เท่านั้น (ส่วนใหญ่คือ ผลกล้วย) ส่วนของลำต้นและส่วนที่เหลือจะถูกตัดทำลายทิ้ง จากการวิจัยพบว่า เส้นใยจากต้นกล้วยสามารถนำมาใช้ประโยชน์ในการผลิตบรรจุภัณฑ์ซึ่งมีคุณสมบัติสามารถย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติ(Biodegradable) ภายใน 6 เดือน และสามารถนำกลับมา Recycle ได้ถึง 3 ครั้ง โดยกาบกล้วยเป็นแหล่งรวมเซลลูโลส (Cellulose) โดยเส้นใยที่ได้จากต้นกล้วยถือว่าเป็นเส้นใยธรรมชาติที่ปราศจากสารตกค้าง มีคุณสมบัติเหมาะสำหรับการนำมาผลิตบรรจุภัณฑ์ทางเลือกใหม่ทดแทนการใช้พลาสติกในอนาคต และยังเป็นการช่วยลดปริมาณขยะฝังกลบในภาคการเกษตรอีกด้วย (Jayashree Arcot, 2562) แต่เส้นใยเซลลูโลสที่ได้จากกาบกล้วยมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของรูพรุ่นที่ใหญ่ เนื่องจากเส้นใยนาโนเซลลูโลส (Cellulose Nanofiber) เป็นเส้นใยละเอียดพิเศษขนาดนาโนเมตรที่ผลิตจากเส้นใยเซลลูโลสที่มีอยู่ในธรรมชาติขนาดไมโครเมตรมาผ่านกรรมวิธีการผลิตให้ได้เส้นใยเซลลูโลสที่มีขนาดเล็กระดับนาโนเมตร โดยสมบัติพิเศษต่างๆ ของนาโนเซลลูโลสทำให้มีการขนานนามนาโนเซลลูโลสเป็นวัสดุแห่งอนาคตที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลาย (saline, 2020) ทางคณะผู้จัดทำจึงสนใจที่จะนำเซลลูโลสที่ได้จากกาบกล้วยมาพัฒนาให้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของรูพรุนระดับนาโนเมตรเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพให้กับเซลลูโลสที่ได้จากกาบกล้วย และทางคณะผู้จัดทำได้ตระหนักถึงปัญหาการปนเปื้อนของไมโครพลาสติกในแหล่งน้ำ และการเหลือทิ้งของต้นกล้วย จึงได้ทำการศึกษาวิธีการดักจับไมโครพลาสติกในแหล่งน้ำโดยใช้กาบกล้วยในการทำไส้กรองเมมเบรนเซลลูโลส โดยไส้กรองเมมเบรนเซลลูโลสมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของรูพรุนระดับนาโนเมตร เพราะในกาบกล้วยมีเส้นใยเซลลูโลสอยู่มาก และมีความเหนียวทนต่อแรงดึงจึงสามารถนำเส้นใยเซลลูโลสที่ได้จากกาบกล้วยไปทำเป็นแผ่นเซลลูโลสขนาดนาโนเมตร เพื่อใช้เป็นไส้กรองเมมเบรนเซลลูโลสในกระบวนการการกรองเมมเบรนแบบไมโครฟิวเตรชัน (Micro Filtration) ซึ่งกระบวนการกรองเมมเบรนแบบไมโครฟิวเตรชั่น (Micro Filtration)เป็นการกรองประเภทการกรองด้วยเยื่อ (Membrane filtration) โดยใช้เยื่อสังเคราะห์ชนิด micro filtration membrane เพื่อแยกอนุภาคที่มีขนาด 0.1-10 ไมครอน ออกจากสารแขวนลอย ใช้เพื่อทำให้ใส โดยโมเลกุลของน้ำสามารถผ่านการกรองเยื่อไมโครฟิวเตรชันได้ ส่วนที่แยกออกมาคือ โมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ เช่น เซลล์ของแบคทีเรีย โมเลกุลของไขมัน ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าขนาดรูของเยื่อส่วนโมเลกุลของแร่ธาตุ เกลือต่าง ๆรวมทั้งโมเลกุลของโปรตีน น้ำตาลแลคโตส จะผ่านได้บางส่วน และบางส่วนจะถูกแยก กระบวนการกรองเมมเบรนแบบไมโครฟิวเตรชั่นนั้นนิยมใช้ในอุตสาหกรรมการทำไวน์ น้ำผลไม้ และใช้ในการบำบัดน้ำเสียของโรงงานอุตสาหกรรม
ทางคณะผู้จัดทำจึงต้องการนำความรู้ที่ได้จากการศึกษาวิธีการทำไส้กรองเมมเบรนเซลลูโลสที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของรูพรุนระดับนาโนเมตรจากกาบกล้วย และกระบวนการกรองเมมเบรนแบบไมโครฟิวเตรชั่น (Micro Filtration) โดยนำไปสร้างเครื่องดักจับไมโครพลาสติกที่ประดิษฐ์ไส้กรองมาจากกาบกล้วยเพื่อช่วยดักจับไมโครพลาสติกในแหล่งน้ำและลดการปนเปื้อนของไมโครพลาสติกที่ส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศทางน้ำในห่วงโซ่อาหาร อีกทั้งยังสามารถนำกล้วยที่เหลือทิ้งกลับมาใช้ให้เกิดประโยชน์สูงสุด