นักวิจัยม.อุบลฯ คิดค้นตัวดูดซับสารพิษและฝุ่นละอองในอากาศ

 
นักวิจัยม.อุบลฯโชว์ผลงานวิจัยก้าวล้ำ คิดค้นอากาศเป็นรายแรก หวังเป็นอุปกรณ์ทางเลือกเพื่อท้องฟ้าสดใสไร้มลพิษ หวังกู้วิกฤติมลพิษและฝุ่นละอองในอากาศ พร้อมผลักดันผลงานวิจัยมอบให้ "กรมควบคุมมลพิษ "นำไปต่อยอดพัฒนาเทคโนโลยีต้นแบบเป็นมิต"แผ่นกราฟีนดูดจับสารพิษ" และละอองใรกับสิ่งแวดล้อมในอนาคต

​ในงานประชุม "นักวิจัยรุ่นใหม่... พบ...เมธีวิจัยอาวุโส สกว." ครั้งที่ 18 ซึ่งจัดโดยสำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย (สกว.) และสำนักงานคณะกรรมการการอุดมศึกษา (สกอ.) เมื่อเร็วๆนี้ ได้มีการมอบรางวัลนักวิจัยดีเด่นประจำปี เพื่อเชิดชูเกียรติแก่วุฒิเมธีวิจัย สกว. ตลอดจนนักวิจัยรุ่นกลางและนักวิจัยรุ่นใหม่ที่มีผลงานวิจัยจากโครงการที่ได้รับการสนับสนุนจาก สกว. ดีเยี่ยม ในการพัฒนางานวิจัยที่มีคุณภาพสูง โดยผู้ที่คว้ารางวัล "รางวัล 2019 TRF-OHEC-Clarivate Analytics Research Excellence Awards "ในปีนี้ได้แก่ รศ.ดร.ศิริพร จึงสุทธิวงษ์ ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยอุบลราชธานี จากผลงานวิจัย "ตัวดูดซับนาโนเพื่อท้องฟ้าสดใสไร้มลพิษ"

 รศ.ดร.ศิริพร จึงสุทธิวงษ์ ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยอุบลราชธานี กล่าวว่า ปัจจุบันประเทศไทยประสบปัญหาวิกฤติมลพิษทางอากาศในระดับรุนแรง มีผลมาจากการพัฒนาอุตสาหกรรมปิโตรเคมีและโรงฟ้าถ่านหินทำให้เกิดมลพิษในอากาศ เห็นได้จากกรณีฝุ่นละอองในกรุงเทพฯ จึงเป็นแรงบันดาลใจที่อยากจะช่วยแก้ปัญหามลภาวะดังกล่าวเพื่อให้สภาพอากาศดีขึ้น โดยจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องมีตัวดูดซับที่ดีในการกำจัดมลภาวะและมลพิษทางอากาศ ซึ่งมาจากสารปรอทและสารอินทรีย์ระเหยง่าย เช่น เบนซิน ซึ่งในกรุงเทพฯและปริมณฑลมีสารพวกนี้เกินกำหนดมาตรฐาน จากปกติใช้ถ่านกัมมันต์จำนวนมากไปดูดซับในโรงงานก่อนปล่อยออกสู่อากาศ แต่ข้อจำกัดของถ่านกัมมันต์คือ สารต้องเข้าไปในรูพรุนจึงจะดูดซับได้ แต่มลภาวะบางชนิดก็มีโมเลกุลใหญ่กว่ารูพรุน ทำให้ประสิทธิภาพการดูดซับไม่ดี จึงมีแนวคิดที่จะพัฒนาแผ่นกราฟีนที่สามารถดูดซับได้ดีกว่าขึ้นมาทดแทน

โดยการพัฒนาออกแบบจำลองโมเลกุลและคำนวณโครงสร้างด้วยวิธีทางเคมีคำนวณ Density Functional Theory ที่มีความแม่นยำสูง เพื่อคัดกรอง คัดเลือก ออกแบบและพัฒนาตัวดูดซับแผ่นกราฟีนประสิทธิภาพสูงชนิดใหม่ ที่สามารถนำไปใช้เป็นตัวดูดซับสารพิษประสิทธิภาพสูง และเตรียมส่งต่อองค์ความรู้นี้ให้กับสำนักจัดการคุณภาพอากาศและเสียง กรมควบคุมมลพิษนำไปต่อยอดในการประยุกต์ใช้ในอนาคต

รศ.ดร.ศิริพร กล่าวต่อว่า ปัจจุบันสารมลพิษสำคัญที่กระทบต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อม ได้แก่ สารมลพิษหลักทางอากาศ สารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (Volatile Organic Compounds, VOCs) ในบรรยากาศที่เกิดจากอุตสาหกรรมเคมีและปิโตรเลียม เช่น เบนซีน (benzene) ซึ่งจัดเป็นสารอะโรเมติกไฮโดรคาร์บอนชนิดหนึ่งที่ก่อให้เกิดโรคมะเร็ง รวมทั้งสารปรอท ที่มีต้นกำเนิดมาจากโรงไฟฟ้าถ่านหิน (เช่น ที่แม่เมาะ จ. ลำปาง) จัดเป็นปัญหามลพิษที่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในประเทศไทย

ซึ่งงานวิจัยทั่วโลกได้ศึกษาการกำจัดสารมลพิษเหล่านี้อย่างกว้างขวางและพบว่าวิธีที่ง่าย มีประสิทธิภาพในการกำจัด คือ การใช้วิธีการดูดซับหรือใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในการเปลี่ยนสารพิษให้มีพิษน้อยลง โดยในปัจจุบันใช้ถ่านกัมมันต์ (activated carbon) เป็นตัวดูดซับ เพราะเนื่องจากหาได้ง่าย ราคาถูก และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม แต่พบว่ามีข้อจำกัดคือมีรูพรุนขนาดเล็กเกินไปจนโมเลกุลสารพิษขนาดใหญ่ ไม่สามารถดูดซับในรูพรุนขนาดเล็กดังกล่าว จึงมีการพัฒนาสารจำพวกมีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ คือ แผ่น กราฟีน (graphene nano-sheets) ที่มีพื้นที่ผิวในการดูดซับมาก และโมเลกุลสารพิษสามารถดูดซับบนพื้นผิวแผ่นกราฟีนได้อย่างง่ายดาย

โดยตนได้วิจัยปรับปรุงแผ่นกราฟีนให้มีความ active ต่อสาร VOCs มากขึ้น โดยทำให้แผ่นกราฟีนเกิดเป็นช่องว่างโดยเอาคาร์บอน1 อะตอมออกจากพื้นผิว เรียกว่า Single-vacancy defective graphene (SDG)จากนั้นเติมโลหะทรานซิชันลงไปตรงช่องว่างนั้นๆ เพื่อให้เกิดเป็น active site ทำให้สามารถดูดซับสาร VOCs ได้อย่างมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับแผ่นกราฟีนที่ยังไม่ได้ทำการปรับปรุง

ทั้งนี้ จากการศึกษาและทดสอบยืนยันว่าวัสดุกราฟีน (Graphene) มีคุณสมบัติในการดูดซับสารพิษดีกว่าถ่านกัมมันต์หลายพันเท่า แถมยังใช้ในปริมาณน้อยกว่า ส่วนแนวทางที่นำกราฟีนไปทดแทนนั้น ขณะนี้อยู่ระหว่างการทดลองประสิทธิภาพ ในอนาคตเราหวังที่จะทำการสังเคราะห์กราฟีนแล้วนำไปทดสอบในโรงงานจริง ดูว่าจะต้องลงทุนเท่าไร แต่งานวิจัยในตอนนี้แค่รับรู้ว่า มีคุณสมบัติการดูดซับดีมากกว่าถ่านกัมมันต์ ขณะเดียวกันก็ได้นำเสนอรายงานการวิจัยไปยังกรมควบคุมมลพิษ เพื่อเป็นแนวทางนำไปใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงโรงงานที่ผลิตถ่านหินเพื่อนำไปผลิตไฟฟ้า
 
สำหรับ ตัวดูดซับชนิด Single-vacancy defective graphene (SDG) ใช้ให้การกำจัดสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย

นอกจากนั้น ยังได้พัฒนาออกแบบตัวดูดซับชนิดใหม่บนพื้นฐานของการทำให้กราฟฟีนมี active site มากขึ้น โดยแทนที่ตำแหน่งคาร์บอนบางตำแหน่งด้วยโบรอน ได้ตัวดูดซับมีชื่อเรียกว่า Boron Doped Graphene จากนั้นเติมโลหะทรานซิชันชนิดพาเลเดียม ทำให้พื้นผิวกราฟีนดูดซับสารปรอทได้ปริมาณมากขึ้นดัง

 "งานวิจัยนี้สามารถลดค่าใช้จ่ายด้านสารเคมี ลดความยุ่งยากในกระบวนการวางแผนการสังเคราะห์ และประหยัดเวลาลองถูกลองผิด รวมถึงให้ข้อมูลที่สามารถอธิบายผลที่ได้จากการทดลองในระดับอิเล็กตรอน และโมเลกุล ทำให้นักวิจัยสามารถเข้าใจองค์ประกอบสำคัญที่มีผลต่อประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งสิ่งเหล่านี้เป็นประโยชน์อย่างมากในการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่ที่มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นในอนาคต อันจะส่งผลต่อการพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมที่ยั่งยืนของประเทศต่อไป"รศ.ดร.ศิริพร กล่าว  

รศ.ดร.ศิริพร กล่าวด้วยว่า ผลงานวิจัยดังกล่าวได้รับความสนใจในเชิงวิชาการอย่างมาก สามารถตีพิมพ์ในวารสารคุณภาพสูงระดับนานาชาติและได้รับการอ้างอิงจากนักวิจัยทั่วโลก เพื่อใช้เป็นข้อมูลพื้นฐานในการปรับปรุงและพัฒนาตัวดูดซับ/ตัวเร่งปฏิกิริยา นอกจากนี้องค์ความรู้และชิ้นงานวิจัยที่ผลิตได้ในระดับห้องปฏิบัติการหรือระดับต้นแบบมีแนวโน้มที่จะนำไปขยายการผลิตในระดับที่สูงขึ้นเพื่อต่อยอดสู่เชิงพาณิชย์ได้ในอนาคต ทำให้ประเทศไทยสามารถพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตตัวดูดซับ/ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีราคาถูก เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และมีประสิทธิภาพสูงเทียบเท่าหรือดีกว่าโลหะที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน อีกทั้งสามารถใช้เป็นข้อมูลให้หน่วยงานในประเทศ เช่น กรมควบคุมมลพิษ นำไปทดสอบและใช้ในภาคสนามเพื่อป้องกันและแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อมต่อไป