วัสดุแกรฟีนออกไซด์ที่เคลือบด้วยไทเทเนียเพื่อดูดซับไอออนฟอสเฟตออกจากน้ำเสียอย่างมีประสิทธิภาพ

Titania-functionalized graphene oxide for an efficient adsorptive removal of phosphate ions

       รู้หรือไม่ในบรรดาสารที่ปนเปื้อนในน้ำทิ้ง “ฟอสเฟต” เป็นหนึ่งในสารที่พบได้มากที่สุด เนื่องจาก ฟอสเฟต เป็นส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์ที่นิยมใช้ในกิจกรรมภาคการเกษตร เช่น ปุ๋ย ภาคครัวเรือน เช่น ผงซักฟอก และยังนิยมใช้ในภาคอุตสาหกรรมอีกด้วย

       สารฟอสเฟตจะทำให้พืชน้ำเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วจนกระทั่งปิดกั้นแหล่งน้ำจากแสงอาทิตย์ ทำให้น้ำเสียและสัตว์น้ำตายลง ก่อให้เกิดมลพิษทางน้ำซึ่งเป็นปัญหาสำคัญที่มีผลต่อการดำรงชีวิต และสุขอนามัยที่ดีของมนุษย์ และยังส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมในวงกว้าง

       ในการศึกษานี้ทีมวิจัยจึงได้พัฒนาวัสดุดูดซับฟอสเฟตเพื่อบำบัดน้ำทิ้ง โดยนำเอา “แกรฟีนออกไซด์” ซึ่งเป็นวัสดุสังเคราะห์ที่มีความเสถียรในเชิงโครงสร้าง และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เกิดจากการเอาชั้นของแกรไฟต์หรือไส้ดินสอที่เรารู้จัก ไปผ่านกระบวนการออกซิเดชันเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวและเพิ่มหมู่ฟังก์ชันที่มีออกซิเจนเป็นองค์ประกอบ เพื่อให้สามารถยึดกับวัสดุอื่นด้วยพันธะเคมีได้ดียิ่งขึ้น มาเคลือบด้วย “ไทเทเนีย” สารกลุ่มออกไซด์ของไทเทเนียม ที่มีจุดเด่นคือสามารถดูดซับหรือย่อยสลายฟอสเฟตได้ พบได้ในแร่รูไทล์ (rutile) อนาเทส (anatase) และอิลเมไนต์ (ilmenite) รวมถึงมีการนำมาใช้ในสีน้ำทาบ้านสีขาว โลชั่นกันแดดประเภทต่าง ๆ หรือใช้ในอาหารเพื่อทำให้อาหารมีสีขาวและได้ทำการทดสอบความสามารถในการดูดซับไอออนฟอสเฟตของ “แกรฟีนออกไซด์เคลือบไทเทเนีย” (T-F GO) กับน้ำเสียจำลองซึ่งเป็นตัวแทนของน้ำเสียจากทั้งครัวเรือน การเกษตร และอุตสาหกรรม ในสภาวะความเป็นกรดด่าง (pH) ความกระด้าง ความเค็ม อุณหภูมิที่แตกต่างกัน เป็นการเปรียบเทียบความสามารถของวัสดุในการดูดซับฟอสเฟตในน้ำเสียที่ปนเปื้อนลงไปในแหล่งน้ำใต้ดิน หรือถูกปล่อยลงในทะเล

       จากการอนุมานของนักวิจัย การพัฒนาวัสดุดูดซับไอออนฟอสเฟตจากแกรฟีนซึ่งไม่ดูดซับฟอสเฟต และไทเทเนียซึ่งสามารถดูดซับฟอสเฟตได้ในระดับหนึ่ง โดยนำวัสดุทั้ง 2 มาเชื่อมกันด้วยพันธะเคมี น่าจะส่งผลให้ความสามารถในการดูดซับไอออนฟอสเฟตน้อยกว่าไทเทเนีย เนื่องจากเป็นการนำวัสดุที่ไม่ดูดซับฟอสเฟตและดูดซับฟอสเฟตมาใช้ร่วมกัน

       ทว่าผลการทดสอบกับน้ำเสียจำลองด้วยวิธีสเปกโตรสโกปี กลับพบว่าวัสดุแกรฟีนออกไซด์เคลือบไทเทเนียสามารถการดูดซับฟอสเฟตได้ดีกว่าไทเทเนียเพียงอย่างเดียวถึง 2 เท่า โดยความสามารถในการดูดซับสูงสุดของแกรฟีนออกไซด์เคลือบไทเทเนีย คือ 33.11 มิลลิกรัมของไอออนฟอสเฟต ต่อน้ำหนักของวัสดุดูดซับ 1 กรัม ที่ค่า pH เท่ากับ 6

งานวิจัยชิ้นนี้ แสดงให้เห็นถึงความสามารถที่ส่งเสริมกันระหว่างแกรฟีนออกไซด์และไทเทเนียในการดูดซับไอออนฟอสเฟต ซึ่งมีศักยภาพสูงในการต่อยอดสู่การนำไปใช้จริง เพื่อสร้างทางเลือกในการปรับปรุงคุณภาพน้ำอย่างยั่งยืน รวมถึงปกป้องและฟื้นฟูระบบนิเวศน์ที่เกี่ยวข้องกับแหล่งน้ำในอนาคต

SDGs หลัก

สร้างหลักประกันเรื่องน้ำและการสุขาภิบาลให้มีการจัดการอย่างยั่งยืน และมีสภาพพร้อมใช้สำหรับทุกคน (Ensure availability and sustainable management of water and sanitation for all)