อนุภาคSilicaเคลือบสารลดแรงตึงผิว ความหวังในการบำบัดน้ำเสีย

ยูเนสโก(UNESCO)ได้รายงานว่า ในทุกๆวัน มีคนถึง 6,000คนเสียชีวิตจากโรคที่มากับน้ำ ไม่ว่าจะเป็น อหิวาตกโรค โรคพยาธิ และโรคติดเชื้อต่างๆ

เนื่องจากแหล่งน้ำได้รับมลพิษจากอุตสาหกรรมประเภทต่างๆ และกฏระเบียบในบางประเทศก็ไม่เข้มงวดเพียงพอที่ปกป้องแหล่งน้ำเหล่านี้ ปริมาณของน้ำที่สามารถนำมาใช้บริโภคได้จึงลดลง กลายเป็นปัญหาทางเศรษฐกิจและสังคมปัญหาใหญ่ทั่วโลก โดยเฉพาะในประเทศที่กำลังพัฒนา

เทคโนโลยีการทำน้ำให้บริสุทธิ์ (Water purification technology) ก็ไม่ใช่เรื่องง่ายๆ เพราะนอกจากจะต้องใช้เครื่องมือที่ซับซ้อนและยากต่อการซ่อมบำรุงแล้ว ยังต้องมีขั้นตอนการฆ่าเชื้อโรคที่มีค่าใช้จ่ายสูง

จากปัญหาดังกล่าว ในขณะนี้ ทีมนักวิจัยของ Ian Wark Research Institute แห่ง University of South Australia กำลังหาทางออกสำหรับการทำน้ำให้บริสุทธิ์ด้วยนาโนเทคโนโลยี ซึ่งเป็นงานวิจัยนี้อาจจะช่วยผู้คนทั่วโลกได้

ศ. นักวิจัย Peter Majewski และนักเคมีชีวโมเลกุล Chiu Ping Chan ได้ทำการตรวจสอบและค้นพบว่า เราสามารถเคลือบสารลดแรงตึงผิว(Surface Active materials หรือเรียกสั้นๆว่า SAM)ความบางขนาดนาโนเมตรหุ้มรอบอนุภาคซิลิกา(Silica)ได้อย่างง่ายดาย ซึ่งการเสริมกันระหว่าง SAM และ Silicaนี้จะทำให้เกิดเป็นอนุภาคที่พร้อมที่จะทำปฏิกิริยา(active particle)ขึ้นมา

ในการทดลอง อนุภาคเหล่านี้สาธิตความสามารถในการกำจัดโมเลกุลทางชีวภาพ กำจัดเชื้อโรค กำจัดแบคทีเรียเช่น E.coli และ กำจัดปรสิตที่อาศัยในน้ำเช่น Cryptosporidium parvum ได้ โดยผลการวิจัยนี้ได้ถูกตีพิมพ์ลงใน Journal of Nanotechnology

ทึมนักวิจัยชี้ว่า วัสดุใหม่ๆที่ไม่เคยมีใครทำมาก่อน เช่น อนุภาคนาโนจำพวกเหล็กหรือเหล็กออกไซด์ และ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้พลังงานจากแสง(photocatalyst)ขนาดนาโนและไมโครกำลังได้รับควานสนใจอย่างมากในการที่จะนำวัสดุเหล่านี้มาใช้กำจัดสิ่งสกปรกที่เป็นสารอินทรีย์ในน้ำสำหรับสถานีบำบัดน้ำย่อยตามพื้นที่ต่างๆ

“แต่วิธีการที่ทันสมัยที่ว่ามา ก็ตามมาด้วยความจำเป็นที่จะต้องติดตั้งระบบการกรองที่ซับซ้อน มิฉะนั้นอนุภาคนาโนที่ทำความสะอาดน้ำจะหลุดไปกับน้ำ พอคิดรวมกับพลังงานไฟฟ้าที่ต้องใช้ในกระบวนการกรอง วิธีเหล่านี้ก็อาจจะเป็นการลงทุนที่ไม่คุ้มค่าสำหรับสถานีบำบัดน้ำย่อย” ทีมนักวิจัยได้เขียนไว้ในวารสารตีพิมพ์ “แม้ว่าการดัดแปลงคุณสมบัติพื้นผิวของอนุภาคซิลิกาด้วย SAM จะประสบความสำเร็จทั้งด้านต้นทุนและทางเทคนิค แต่ก็ยังไม่มีการศึกษาการนำมาประยุกต์ใช้บำบัดน้ำที่มากเพียงพอ”

SAM หรือ Surface active materials นั้น มีลักษณะเป็นโซ่สารประกอบคาร์บอนยาวๆที่เรียงตัวกันเป็นระเบียบแต่อัดแน่นเข้าด้วยกัน ประกอบไปด้วยหน่วยของ CH2 มากมายต่อๆกันไป มีสูตรอย่างง่ายว่า A-(CH2)n-B โดย B คือกลุ่มที่สร้างพันธะโควาเลนท์ Si-O-Si กับ Silica

ส่วน A เรียกว่าส่วนหัว ในสารละลายน้ำpHสูงๆ ส่วนหัวจะเสียไอออนไฮโดรเจนไป กลายตัวเองเป็นพื้นผิวขั้วบวก แต่ถ้าอยู่ในสารละลายน้ำpHต่ำๆ ก็จะตรงกันข้ามกันคือได้เป็นพื้นผิวขั้วบวกมาแทน เพราะฉะนั้น ถ้าเราเลือก SAM ที่เหมาะสมและควบคุมpHของสารละลายน้ำตามที่ต้องการ เราก็จะสร้างทั้งพื้นที่ขั้วลบและขั้วบวกได้ ไม่ว่าโมเลกุลของเสียจะขั้วไหนก็จับได้หมด

พอสังเคราะห์ได้สำเร็จ นักวิจัย Majewski และ Chan ก็ทำการศึกษาความสามรถของอนุภาคSilicaเคลือบที่สารลดแรงตึงผิวในการกำจัดชีวโมเลกุลและเชื้อโรคในน้ำจากแหล่งน้ำต่างๆ โดยน้ำจากแหล่งเหล่านี้มีค่าpHเท่ากับน้ำดื่มทั่วๆไป ผลที่ออกมาคือ โมเลกุลของเสียต่างๆในน้ำสามารถถูกกำจัดออกได้หมด แค่คนอนุภาคเคลือบเหล่านี้ในน้ำเป็นเวลา 60 นาที กรองเสร็จน้ำก็สะอาดแล้ว

“การกำจัดของเสียในน้ำน่าจะมาจากแรงดึงดูดไฟฟ้า นอกจากพื้นผิวที่มีขั้วจะเป็นที่จับตัวของของเสียแล้ว ยังจับเชื้อโรคไว้ไม่ให้เคลื่อนไหวอีกด้วย” ถ้าค่าpHของน้ำเสียสูงกว่า8 แม้กระทั่งการดูดซับทางเคมี(chemisorption)ก็เกิดขึ้นได้


แหล่งข่าว: EngineerLive Magazine
เวบไซต์: http://www.engineerlive.com/features/20187/coated-silica-particles-offer-wastewater-treatment-hope.thtml