ผ้าใยแก้วเคลือบกากกาแฟลดมลพิษคาเฟอีนในน้ำ

วันจันทร์ ที่ 18 พฤศจิกายน พ.ศ. 2567

การดู : 193

ผ้าใยแก้วเคลือบกากกาแฟลดมลพิษคาเฟอีนในน้ำ

แชร์ :

ผ้าใยแก้วเคลือบตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงจากกากกาแฟ เพื่อลดสารคาเฟอีนและมลพิษอื่นๆ ในน้ำ งานวิจัยเพื่อสิ่งแวดล้อม มจธ. นวัตกรรมเพื่อแบรนด์กาแฟรักษ์สิ่งแวดล้อม

ระบบบำบัดน้ำด้วยไทเทเนียมไดออกไซด์และคาร์บอนควอนตัมดอทต้นแบบ
กระบวนการเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง

คาเฟอีนเป็นสารในกาแฟช่วยกระตุ้นระบบประสาทส่วนกลาง แต่อีกด้านหนึ่ง คาเฟอีนก็มีผลยับยั้งการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ในน้ำ เช่น สัตว์น้ำขนาดเล็ก โดยน้ำที่เกิดจากกระบวนการผลิตกาแฟทั้งในโรงงานและร้านกาแฟล้วนมีสารชนิดนี้เจือปนอยู่ หากปล่อยสู่แหล่งน้ำสาธารณะโดยไม่มีการบำบัด ตัวอ่อนของสัตว์น้ำชนิดต่างๆ ทั้งปลา กุ้ง ปู รวมถึงสัตว์น้ำขนาดเล็ก อาจได้รับผลกระทบจากสารคาเฟอีนในระยะยาวได้

ประเด็นดังกล่าว ทีมวิจัยมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.)  จึงนำกระบวนการเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง (Photocatalysis) ช่วยลดปริมาณคาเฟอีนในน้ำจากโรงงานแปรรูปกาแฟหรือร้านกาแฟ ผลงานวิจัยการอัปไซเคิลกากกาแฟให้เป็นหมุดควอนตัมคาร์บอนเรืองแสงเพื่อบำบัดน้ำเสียกากกาแฟด้วยกระบวนการเร่งปฏิกิริยาเชิงแสง ของ รศ. ดร.ภาติญา เขมาชีวะกุล อาจารย์ภาควิชาวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม คณะวิศวกรรมศาสตร์ มจธ. ร่วมกับ รศ. ดร.สุรวุฒิ ช่วงโชติ อาจารย์ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องมือและวัสดุ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มจธ. และ ดร.รัตนา ม่วงโมรา

ทีมวิจัยให้ข้อมูลว่ากระบวนการเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง คือ การใช้แสงกระตุ้นตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีและให้สารอนุมูลอิสระของไฮดรอกซิล (OH)  และซูเปอร์ออกไซด์แอนไอออน (O2) เพื่อกำจัดมลพิษในน้ำ ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงที่นิยมใช้งานด้านการบำบัดน้ำเสียก็ คือ ไททาเนียมไดออกไซด์

ขั้นตอนการทำผ้าใยแก้วเคลือบไทเนียมไดออกไซด์
ขั้นตอนการพัฒนา

“ไททาเนียมไดออกไซด์ได้รับการกระตุ้นด้วยแสงในช่วงคลื่นที่จำเพาะและเกิดปฏิกิริยาเคมี โดยอิเล็กตรอน (-) จะรวมกับออกซิเจน และให้ซูเปอร์ออกไซด์แอนไอออน โฮลจะทำปฏิกิริยากับน้ำและให้สารอนุมูลอิสระของไฮดรอกซิล จะเกิดกระบวนการเคมี สลายสารมลพิษอินทรีย์ที่เจือปนอยู่ในน้ำ แสงที่ใช้กับไทเทเนียมไดออกไซด์ได้ คือ แสง UV ทำให้ระบบนี้ ยังไม่จูงใจในการนำมาใช้กับการบำบัดน้ำเสียของโรงงานในปัจจุบันเท่าที่ควร”

วัตถุประสงค์ของงานวิจัยคือ  การทำให้ไทเทเนียมไดออกไซด์ทำปฏิกิริยาภายใต้แสงที่มีความยาวคลื่นอยู่ในช่วงที่มนุษย์มองเห็นได้ (Visible Light) แทนการใช้แสง UV โดยวิธีการที่เลือกใช้คือ การเพิ่มหมุดควอนตัมคาร์บอนให้กับไททาเนียมไดออกไซด์

คาร์บอนวอนตัมดอทที่ติดตั้ง ทำให้เกิดกระบวนการเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง ด้วย Visible Light

“หมุดควอนตัม” หรือควอนตัมดอท (quantum dot) คือวัสดุขนาดเล็กระดับนาโน (เส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 10 นาโนเมตร) มีคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำ (semiconductor) สมบัติเชิงแสงเปลี่ยนไปเมื่อเปลี่ยนขนาดของวัสดุ และมีคุณสมบัติในการปล่อยพลังงานในรูปแบบของแสงที่มีความยาวคลื่นต่างจากที่ดูดกลืนเข้าไปได้ จึงนำไปใช้ในไดโอทเพื่อทำให้เกิดจุดสี ใช้ในการสร้างจอแสดงผล เช่น จอ LED การเพิ่มหมุดควอนตัมคาร์บอนให้กับไททาเนียมไดออกไซด์จึงช่วยปรับแสงที่ได้รับในช่วงอื่นมาปล่อยในช่วงที่ไททาเนียมไดออกไซด์ทำงานได้ หมุดควอนตัมคาร์บอนยังมีสมบัติเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงด้วยตัวเองที่ทำงาน ภายใต้แสงในช่วงคลื่นที่ตามนุษย์มองเห็น ดังนั้นตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ที่หมุดควอนตัมติดอยู่บนผิวของไทเทเนียมไดออกไซด์ได้จึงทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงในการบำบัดน้ำเสียได้โดยไม่จำเป็นต้องให้แสง UV”

ระบบต้นแบบ สามารถลดคาเฟอีนในน้ำได้ 80 เปอร์เซ็นต์

รศ. ดร.ภาติญา กล่าวว่า จากที่ต้องการบำบัดสารคาเฟอีนในน้ำ จากการผลิตกาแฟ ทีมวิจัยจึงผลิตหมุดควอนตัมคาร์บอน จากกากกาแฟ ของเหลือทิ้งจากการแปรรูปกาแฟ หรือชงกาแฟอยู่แล้ว (ที่เรียกหมุดควอนตัมคาร์บอน เพราะมีโครงสร้างหลักเป็นวัสดุคาร์บอน) นอกจากทีมวิจัยจะผลิตหมุดควอนตัมคาร์บอนจากกากกาแฟ นำไปติดอยู่บนผิวของไทเทเนียมไดออกไซด์ได้แล้ว  ยังพัฒนาเทคนิคการใช้งาน เคลือบไว้บนผิวของผ้าใยแก้ว และนำผ้าใยแก้วไปขึงเพื่อให้น้ำเสียไหลผ่าน แทนวิธีการเดิมที่เป็นการใส่ลงไปน้ำที่ต้องการบำบัดโดยตรง

ระบบต้นแบบ สามารถลดคาเฟอีนในน้ำได้ 80 เปอร์เซ็นต์

“จากการทดลองในห้องทดลองที่ให้น้ำกาแฟที่เหลือจากการชงกาแฟไหลผ่านผ้าใยแก้วอย่างต่อเนื่อง 12 ชั่วโมง พบว่าสีของน้ำใสขึ้นอย่างชัดเจน ยังทำให้ปริมาณคาเฟอีนในน้ำลดลงร้อยละ 80 ที่สำคัญการเคลือบไทเทเนียมไดออกไซด์บนผ้าใยแก้ว ช่วยลดปริมาณไทเทเนียมไดออกไซด์และหมุดควอนตัมคาร์บอนที่ต้องใช้ เพราะผ้าใยแก้วที่ใช้แล้ว ล้างทำความสะอาด ใช้ซ้ำได้ถึง 5 ครั้ง ก็ยังคงประสิทธิภาพการกำจัดสารคาเฟอีนได้เท่ากับการใช้ในครั้งแรก”

สำหรับการนำผ้าใยแก้วเคลือบตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงจากกากกาแฟ เพื่อลดสารคาเฟอีนและมลพิษอื่นๆ ในน้ำ  มาใช้งานจริง ผู้วิจัยกล่าวว่า กฎหมายไทยยังไม่มีมาตรฐานปริมาณคาเฟอีนในน้ำที่ปล่อยออกสู่แหล่งน้ำ แต่จุดเด่นของนวัตกรรมที่มีค่าวัสดุและต้นทุนการผลิตที่ไม่สูง เป็นระบบที่ไม่ซับซ้อน และทำงานได้ทันทีที่มีแสงแดด จึงน่าจะเป็นจุดขาย ให้ผู้ผลิตกาแฟหรือร้านกาแฟ ที่ใส่ใจด้านสิ่งแวดล้อมได้ไม่มากก็น้อย 

ข่าวอัพเดท

แพลตฟอร์มออนไลน์ FoodWasteHub.comตัวช่วยลดขยะ

แพลตฟอร์มออนไลน์ FoodWasteHub.comตัวช่วยลดขยะ

วันศุกร์ ที่ 25 เมษายน พ.ศ. 2568

หมอรุ่งเรืองจี้ตร.คดีปลอม Tiktokลวง-มิจฉาชีพกำเริบ

หมอรุ่งเรืองจี้ตร.คดีปลอม Tiktokลวง-มิจฉาชีพกำเริบ

วันศุกร์ ที่ 25 เมษายน พ.ศ. 2568

ปรับปรุงพื้นที่เรือนจำกลางเก่าพัทลุง เป็นสาธารณะประโยชน์มากที่สุด

ปรับปรุงพื้นที่เรือนจำกลางเก่าพัทลุง เป็นสาธารณะประโยชน์มากที่สุด

วันศุกร์ ที่ 25 เมษายน พ.ศ. 2568

“ภูมิกิตติ์ รักแต่งาม” ดำรงตำแหน่งกงสุลกิตติมศักดิ์เบลเยี่ยมประจำภูเก็ต

“ภูมิกิตติ์ รักแต่งาม” ดำรงตำแหน่งกงสุลกิตติมศักดิ์เบลเยี่ยมประจำภูเก็ต

วันศุกร์ ที่ 25 เมษายน พ.ศ. 2568

”สรรเพชญ“ จี้ รมว.พาณิชย์-เกษตรฯ เร่งแก้ปัญหาปาล์มล้นตลาด

”สรรเพชญ“ จี้ รมว.พาณิชย์-เกษตรฯ เร่งแก้ปัญหาปาล์มล้นตลาด

วันศุกร์ ที่ 25 เมษายน พ.ศ. 2568

เปิด Medical AI Data แพลตฟอร์มกลางช่วยหมอคัดกรอง-วินิจฉัยโรค

เปิด Medical AI Data แพลตฟอร์มกลางช่วยหมอคัดกรอง-วินิจฉัยโรค

วันพฤหัส ที่ 24 เมษายน พ.ศ. 2568

ลุ้นIAEAหนุนไทยเป็นเครือข่ายอุตสาหกรรมสีเขียวและสิ่งแวดล้อม

ลุ้นIAEAหนุนไทยเป็นเครือข่ายอุตสาหกรรมสีเขียวและสิ่งแวดล้อม

วันพฤหัส ที่ 24 เมษายน พ.ศ. 2568

ข่าวที่เกี่ยวข้อง