รายงานวิจัย
วิทยาศาสตร์
ทุนสนับสนุนงานพื้นฐาน (Fundamental Fund)
2569
การพัฒนาวัสดุนาโนของตัวเร่งปฏิกิริยาโฟโตคะตะไลติกส์ที่ยั่งยืนเพื่อยกระดับการฟื้นฟูสิ่งแวดล้อมและการบูรณาการเศรษฐกิจหมุนเวียน
Development of Sustainable Nano-Photocatalytic Materials for Enhanced Environmental Remediation and Circular Economy Integration
การปนเปื้อนของน้ำและอากาศที่เพิ่มขึ้นจากมลพิษทางอุตสาหกรรมเป็นภัยคุกคามอย่างมากต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของมนุษย์ (Madhav et al., 2020) วิธีการบำบัดสิ่งแวดล้อมแบบดั้งเดิม เช่น การออกซิเดชันทางเคมีและการดูดซับ มักประสบกับข้อจำกัดเช่นค่าใช้จ่ายสูง ประสิทธิภาพต่ำ และการเกิดมลพิษทุติยภูมิ การใช้แสงเพื่อเร่งปฏิกิริยาเคมีผ่านตัวเร่งปฏิกิริยา (Photocatalysis) ได้กลายเป็นทางเลือกที่มีแนวโน้มในการแก้ไขปัญหาเหล่านี้ ในบรรดาตัวเร่งปฏิกิริยาแบบนาโนโฟโตคะตะลิสต์ของโลหะออกไซด์ เช่น TiO2, Fe2O3, CuO, ZnO และอื่น ๆ ได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากมีประสิทธิภาพสูง เสถียรภาพดี และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่ำ (AlMohamadi et al., 2024) อย่างไรก็ตาม การนำวัสดุนาโนโฟโตคะตะลิสต์ไปใช้ในระบบขนาดใหญ่ยังคงถูกขัดขวางด้วยหลายปัจจัย รวมถึงความต้องการวิธีการสังเคราะห์ที่ยั่งยืนและคุ้มค่า การใช้ซ้ำและความเสถียรของตัวเร่งปฏิกิริยา และการบูรณาการวัสดุเหล่านี้เข้าสู่กรอบงานเศรษฐกิจหมุนเวียนเพื่อให้แน่ใจว่ามีรอยเท้าคาร์บอนต่ำที่สุด (Woodliffe et al., 2021; Ambaye et al., 2023) การพัฒนาวิธีการสังเคราะห์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมควบคู่กับกลยุทธ์ในการรีไซเคิลและการใช้ซ้ำของนาโนโฟโตคะตะลิสต์ที่ใช้แล้วเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการนำวัสดุเหล่านี้ไปใช้ในการบำบัดสิ่งแวดล้อมอย่างมีประสิทธิภาพ (Khatami, & Iravani, 2021)
ข้อเสนองานวิจัยนี้มุ่งหวังที่จะตอบสนองความท้าทายเหล่านี้โดยการพัฒนาวัสดุนาโนโฟโตคะตะลิสต์ที่ยั่งยืนเพื่อการบำบัดสิ่งแวดล้อมที่ดีขึ้นและการบูรณาการหลักการเศรษฐกิจหมุนเวียน วัตถุประสงค์เฉพาะของการวิจัยนี้ ได้แก่ (1) การพัฒนาวิธีการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสำหรับการสังเคราะห์ การวิเคราะห์ลักษณะ และการประเมินประสิทธิภาพนาโนโฟโตคะตะลิสต์นาโนออกไซด์โลหะที่ยั่งยืน (2) การตรวจสอบการใช้ซ้ำและความเสถียรของนาโนโฟโตคะตะลิสต์เหล่านี้ และ (3) การพัฒนากลยุทธ์สำหรับการรีไซเคิลนาโนโฟโตคะตะลิสต์ที่ใช้แล้วเพื่อลดของเสียและส่งเสริมความยั่งยืน
งานวิจัยที่เสนอจะใช้หลักการเคมีสีเขียวในการสังเคราะห์นาโนโฟโตคะตะลิสต์นาโนออกไซด์โลหะโดยใช้วิธีไมโครเวฟและอัลตราซาวด์ วิธีการเหล่านี้จะปรับพารามิเตอร์เช่น กำลังของไมโครเวฟ เวลาในการทำปฏิกิริยา และความเข้มข้นของสารตั้งต้นให้เหมาะสมเพื่อให้ได้นาโนนาโนโฟโตคะตะลิสต์คุณภาพสูงในขณะที่ลดการใช้พลังงานและใช้ตัวทำละลายที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เทคนิคการวิเคราะห์ลักษณะที่ครอบคลุม เช่น การเลี้ยวเบนของรังสีเอ็กซ์ (XRD) การใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) การวิเคราะห์พื้นที่ผิวด้วยวิธีบรูนาวเออร์-เอมเมท-เทลเลอร์ (BET) การวิเคราะห์การสะท้อนแสงแบบกระจาย (DRS) และการวิเคราะห์สเปกโตรสโกปี (PL) จะถูกใช้เพื่อเข้าใจคุณสมบัติโครงสร้าง รูปร่าง และคุณสมบัติทางแสงของวัสดุที่สังเคราะห์ขึ้น ประสิทธิภาพของนาโนโฟโตคะตะลิสต์เหล่านี้จะถูกประเมินโดยใช้มลพิษแบบจำลองเช่น เมทิลีนบลู โรดามีนบี และฟีนอลภายใต้แสงอาทิตย์จำลอง ปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพของนาโนโฟโตคะตะลิสต์ เช่น ปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา ความเข้มข้นของมลพิษเริ่มต้น และค่า pH จะถูกตรวจสอบและปรับให้เหมาะสม นอกจากนี้ การใช้ซ้ำและความเสถียรของนาโนโฟโตคะตะลิสต์จะถูกประเมินผ่านการวิเคราะห์วงจรการย่อยสลายแบบนาโนโฟโตคะตะลิสต์หลายครั้ง และค้นหาวิธีการฟื้นฟูนาโนโฟโตคะตะลิสต์ที่ใช้แล้ว และเพื่อบูรณาการหลักการของเศรษฐกิจหมุนเวียน การวิจัยจะพัฒนาแนวทางสำหรับการรีไซเคิลนาโนโฟโตคะตะลิสต์ที่ใช้แล้ว โดยสำรวจวิธีการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในการฟื้นฟูโลหะมีค่าจากนาโนโฟโตคะตะลิสต์ที่ใช้แล้ว (Mondal & Sharma, 2016; Behera et al., 2022) กรอบงานจะถูกออกแบบเพื่อบูรณาการนาโนโฟโตคะตะลิสต์ที่พัฒนาขึ้นในโมเดลเศรษฐกิจหมุนเวียนที่มีอยู่ โดยมีการเสนอแผนกลยุทธ์เพื่อลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและรอยเท้าคาร์บอนตลอดวงจรชีวิตของนาโนโฟโตคะตะลิสต์ (Dominguez et al., 2018)
โดยการตอบสนองวัตถุประสงค์ดังกล่าวงานวิจัยนี้มุ่งหวังที่จะพัฒนาวัสดุนาโนโฟโตคะตะลิสต์ที่ยั่งยืนและมีประสิทธิภาพซึ่งสามารถมีส่วนร่วมสำคัญในการบำบัดสิ่งแวดล้อมในขณะที่ส่งเสริมหลักการของเศรษฐกิจหมุนเวียน
เศรษฐกิจหมุนเวียน,ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงขนาดนาโน,ประสิทธิภาพการใช้ทรัพยากร,การนำกลับมาใช้ใหม่,การรีไซเคิล