แพทย์ประดิษฐ์ฟองน้ำใยบวบเพื่อดูดซับน้ำมันและไมโครพลาสติก

ฟองน้ำขัดตัวที่คิดค้นโดยทีมวิจัยของดร. Tran Thi Viet Ha (อายุ 32 ปี) มีคุณสมบัติในการแยกน้ำมันและไมโครพลาสติกออกจากน้ำ ช่วยแก้ปัญหามลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม

ในปี 2021 ดร. Tran Thi Viet Ha อาจารย์คณะเทคโนโลยีขั้นสูงและวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเวียดนาม-ญี่ปุ่น (มหาวิทยาลัยแห่งชาติเวียดนาม ฮานอย) และสมาชิกในทีมของเธอได้เกิดแนวคิดในการผลิตวัสดุที่ไม่ชอบน้ำเป็นพิเศษจากใยบวบเพื่อขจัดน้ำมันและอนุภาคไมโครพลาสติกในน้ำ หลังจากทำการวิจัยมากกว่า 1 ปี ทีมงานจึงได้สร้างผลิตภัณฑ์โฟมซุปเปอร์ไฮโดรโฟบิกที่ประกอบด้วยส่วนประกอบหลัก 2 ส่วน ได้แก่ ชั้นฐานและชั้นเคลือบ

ชั้นฐานทำมาจากใยบวบเก่าธรรมชาติเนื่องจากมีคุณสมบัติในการประกอบด้วยกลุ่มไฮดรอกซิลที่ชอบน้ำจำนวนมาก ซึ่งทำให้มีคุณสมบัติในการดูดซับตามธรรมชาติ โดยขั้นตอนการทำความสะอาดนั้นจะจุ่มและพ่นพื้นผิวของใยขัดตัวด้วยชั้นขี้ผึ้งเพื่อให้เส้นใยมีความหยาบกร้าน แต่ในขณะเดียวกันก็เปลี่ยนคุณสมบัติจากคุณสมบัติชอบน้ำเป็นคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ

สารเคลือบทำมาจากขี้ผึ้ง ขี้ผึ้งปาล์ม ขี้ผึ้งถั่ว... ซึ่งเป็นธรรมชาติ 100% และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

ฟองน้ำเคลือบขี้ผึ้งมีคุณสมบัติกันน้ำแต่สามารถดูดซับน้ำมันได้ 100% ยังดึงดูดอนุภาคไมโครพลาสติกที่มีขนาดประมาณ 5 μm ได้อย่างง่ายดายโดยเกิดจากปรากฏการณ์เส้นเลือดฝอยอันเป็นผลมาจากโครงสร้าง 3 มิติและปฏิสัมพันธ์ไฟฟ้าสถิตระหว่างพื้นผิววัสดุและอนุภาคพลาสติก

ใยบวบหลังจากเคลือบขี้ผึ้งแล้วสามารถกันน้ำได้อย่างสมบูรณ์ ภาพ: คณะนักวิจัย

ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติไม่ชอบน้ำของใยบวบมีดีเมื่อมีมุมสัมผัสน้ำมากกว่า 150 องศา นี่คือพื้นฐานสำหรับการแยกน้ำมันและจับตัวอนุภาคไมโครพลาสติกในส่วนผสมของน้ำ

ตามที่ทีมวิจัยได้กล่าวไว้ พื้นผิวจะได้รับการประเมินว่ามีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำหรือชอบน้ำ โดยพิจารณาจากมุมสัมผัสระหว่างหยดน้ำและพื้นผิวแข็ง เมื่อมุมสัมผัสมากกว่า 150 องศา พื้นผิวจะกลายเป็น superhydrophobic ด้วยเหตุนี้ ฟองน้ำขัดตัวจึงสามารถแสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติ superhydrophobic ได้สำเร็จ

ฟองน้ำใยบวบสามารถดูดซับน้ำมันได้ประมาณ 72-88 กรัมต่อกรัม โดยมีประสิทธิภาพการแยกน้ำมันและน้ำได้สูงถึงกว่า 99% นอกจากนี้ วัสดุดังกล่าวยังแสดงให้เห็นการดูดซับไมโครพลาสติกในระดับสูง โดยผลลัพธ์มีไมโครพลาสติกโพลีสไตรีน 381 มก. ในน้ำ 569 กรัม ซึ่งเทียบเท่ากับประสิทธิภาพ 99%

ดร.ฮาและเพื่อนร่วมงานได้ทำการวิจัยที่คล้ายคลึงกันเกี่ยวกับโฟมอุตสาหกรรม เช่น โฟมโพลียูรีเทน โฟมเมลามีน และวัสดุเคลือบเคมีด้วยวิธีการที่ซับซ้อน ซึ่งเหมาะสำหรับระดับห้องปฏิบัติการเท่านั้น ในขณะเดียวกัน วัสดุจากใยบวบและวิธีการเคลือบขี้ผึ้งธรรมชาติก็ถือว่าสามารถนำไปใช้ในทางปฏิบัติได้ในระดับที่กว้างขึ้น “กระบวนการนี้ง่ายดาย มีอุปกรณ์ที่หาได้ง่าย และไม่ต้องใช้ทักษะทางเทคนิคสูง โดยเฉพาะเวลาในการผลิตที่รวดเร็วเพียง 1 ชั่วโมงเท่านั้น” แพทย์หญิงกล่าว

ฟองน้ำขัดตัวสามารถแยกน้ำมันออกจากน้ำได้ ภาพ: คณะนักวิจัย

รายงานของธนาคารโลกในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2565 ประมาณการว่ามีขยะพลาสติกบนบกในเวียดนามประมาณ 3.1 ล้านตันต่อปี นอกจากไมโครพลาสติกแล้ว น้ำมันสามารถเข้าไปในแหล่งน้ำได้ผ่านการปล่อยโดยตรงหรือโดยอ้อม และแพร่กระจายสู่สิ่งแวดล้อมผ่านช่องทางต่างๆ ส่งผลให้เกิดปัญหาด้านสุขภาพมากมายต่อมนุษย์และสัตว์

มีการใช้วิธีการต่างๆ มากมายเพื่อแก้ไขปัญหานี้ ไม่ว่าจะเป็นการเผา การบำบัดทางเคมี การบำบัดทางชีวภาพ... แต่สามารถก่อให้เกิดมลพิษทางรองได้ ตัวอย่างเช่น วิธีการเผาสามารถช่วยขจัดน้ำมันออกจากน้ำได้ แต่ก็อาจทำให้มลพิษทางอากาศโดยสร้าง CO2 และ SO2 ในปริมาณมากหลังจากกระบวนการนี้ด้วย

ดร.ฮา กล่าวว่า โฟมไฟเบอร์ของกลุ่มสามารถนำมาใช้บำบัดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม และเอาชนะปัญหาต่างๆ ข้างต้นได้ การศึกษาดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Environmental Technology & Innovation ในเดือนมิถุนายน 2023

รองศาสตราจารย์ ดร.เหงียน มินห์ ฟอง คณะเคมี มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์ (มหาวิทยาลัยแห่งชาติเวียดนาม ฮานอย) ประเมินว่าน้ำมันและไมโครพลาสติกเป็นมลพิษทางสิ่งแวดล้อม 2 ชนิดที่ก่อให้เกิดความกังวลอย่างมากไม่เพียงแต่ในเวียดนามเท่านั้น แต่ยังรวมถึงทั่วโลกด้วย มลพิษจากการรั่วไหลของน้ำมันในน้ำผิวดินเป็นปัญหาที่ร้ายแรง วัสดุที่ต้องกำจัดออกจะต้องมีน้ำหนักเบามากและลอยอยู่บนผิวน้ำได้ ในขณะเดียวกัน ไมโครพลาสติกมีพิษมากกว่าพลาสติกขนาดใหญ่และสามารถสังเกตเห็นได้ด้วยตาเปล่า สองหัวข้อที่กลุ่มวิจัยของดร.ฮาเน้นนั้นล้วนเป็นหัวข้อที่มีความทันสมัยและมีความสำคัญในทางปฏิบัติ

ตามที่รองศาสตราจารย์ฟอง กล่าว การวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการบำบัดน้ำมันและไมโครพลาสติกในสภาพแวดล้อมทางน้ำยังคงมีอยู่ค่อนข้างน้อยทั้งในประเทศและต่างประเทศ ยังไม่มีกลุ่มวิจัยใดพัฒนาวัสดุที่สามารถบำบัดน้ำมันและไมโครพลาสติกในสภาพแวดล้อมทางน้ำได้ในเวลาเดียวกัน

เธอกล่าวว่าการใช้ใยบวบเพื่อจัดการกับมลภาวะทางสิ่งแวดล้อมเป็นแนวคิดใหม่และไม่เหมือนใคร เพราะเป็นวัสดุจากธรรมชาติ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ใยบวบถูกนำมาใช้ในการศึกษาวิจัยวัสดุสำหรับบำบัดสารมลพิษอนินทรีย์ เช่น โลหะหนักในน้ำ เนื่องมาจากใยบวบมีคุณสมบัติที่โดดเด่นคือมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ รูพรุนขนาดใหญ่ และมีน้ำหนักเบามากและลอยน้ำได้ง่าย

วัสดุ Superhydrophobic ยังเป็นที่สนใจของนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกเช่นกัน เนื่องมาจากคุณสมบัติในการดูดซับน้ำมันอย่างเลือกสรร โดยทั่วไปแล้ว มีการใช้วิธีการทางเคมีเพื่อปรับเปลี่ยนวัสดุที่มีรูพรุนให้กลายเป็นพื้นผิวไม่ชอบน้ำ

ตามที่ PSG Phuong กล่าวไว้ การใช้ขี้ผึ้งจากธรรมชาติเช่นเดียวกับกลุ่มวิจัยเพื่อปรับเปลี่ยนพื้นผิวของวัสดุถือเป็นแนวคิดที่น่าสนใจซึ่งมีการนำไปประยุกต์ใช้ได้สูง

บิชเทา

ลิงค์ที่มา