อิทธิพลของโลหะเจือต่อประสิทธิภาพ กลุม่ นักวิจยั จากมหาวิทยาลัยแห่งฟิลปิ ปินส์ (University of the Philippines) มหาวิทยาลัย ขอนแก่น มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ และศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ ร่วมกันท� ำการศึกษาโดยมี เป้าหมายที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพการย่อยสลายของตัวเร่งปฏิกิริยาไทเทเนียมไดออกไซด์ ซึ่งผล การวิจยั พบว่า ประสิทธิภาพการย่อยสลายของไทเทเนียมไดออกไซด์จะเพิม่ ขึน้ อย่างมากเมือ่ ได้เติมไอออน ของเหล็กลงไปในปริมาณเพียงเล็กน้อย งานวิจัยชิ้นนี้เป็นหนึ่งในงานวิจัยที่ใช้แสงซินโครตรอนของ เครื่องก�ำเนิดแสงสยามเพื่อประโยชน์ในด้านการปรับปรุงคุณภาพของสภาวะแวดล้อม และการบ�ำบัด ของเสียในโรงงานอุตสาหกรรม ไ ท เ ท เ นี ย ม ไ ด อ อ ก ไ ซ ด ์ เ ป ็ น สารประกอบกึ่ ง ตั ว น� ำ ที่ ถู ก น� ำ มาใช้ ใ น ก ร ะ บ ว น ก า ร ย ่ อ ย ส ล า ย เ ชิ ง แ ส ง ข อ ง สารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย เนื่องจากมี คุ ณ สมบั ติ ที่ ส ามารถถู ก กระตุ ้ น ได้ ด ้ ว ย พลั ง งานแสงไปเป็ น พลั ง งานรู ป อื่ น เช่ น การเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีในกระบวนการ เร่งปฏิกิริยาแบบใช้แสงร่วมซึ่งไม่จ�ำเป็นต้อง อาศัยปรากฏการณ์การถ่ายเทมวล และยัง สามารถที่จะท�ำงานได้ในสภาวะบรรยากาศ ปกติ โดยไทเทเนี ย มไดออกไซด์ จ ะท� ำ ให้ กลไกการเกิ ด ปฏิ กิ ริ ย าบนผิ ว ของตั ว เร่ ง สารคาร์บอนอินทรีย์ที่เป็นสารปนเปื้อนในน�้ำ หลังจากเจือด้วยโลหะเหล็ก ห รื อ อ า ก า ศ ส า ม า ร ถ เ ป ลี่ ย น ไ ป เ ป ็ น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน�ำ้ ได้ แต่อย่างไร ก็ตามไทเทเนียมไดออกไซด์กย็ งั มีขอ้ จ�ำกัดใน เรือ่ งการต้องการพลังงานคลืน่ แสงทีส่ งู เพือ่ ใช้ ในการกระตุ้น ดังนั้นเพื่อแก้ไขข้อด้อยนี้จึง ต้องมีการปรับปรุงประสิทธิภาพด้วยการเจือ ด้วย Fe3+ เพื่อเพิ่มความสามารถในการ
ถ่ายเทอิเล็กตรอนของไทเทเนียมไดออกไซด์ ให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น และลดการรวมตัว กลับของอิเล็กตรอน (e-) และหลุมประจุบวก (h+) และยังมีผลท�ำให้ต้องการพลังงานใน การกระตุ้นที่น้อยลงด้วย งานวิ จั ย นี้ ใ ช้ เ ทคนิ ค การดู ด กลื น รังสีเอกซ์ในช่วง XANES (X-ray Absorption Near-Edge Structure) ของระบบล�ำเลียง แสงที่ 8 ของห้ อ งปฏิ บั ติ ก ารแสงสยาม เพื่อศึกษาสถานะออกซิเดชันของโลหะเหล็ก รวมทัง้ โคออร์เนชันทีเ่ ปลีย่ นไปของไทเทเนียม ไดออกไซด์ ซึ่งจะส่งผลต่อประสิทธิภาพการ ย่ อ ยสลายสารอิ น ทรี ย ์ คณะผู ้ วิ จั ย พบว่ า ไทเทเนียมไดออกไซด์หลังจากเจือด้วย Fe3+ จะมีโคออร์ดเิ นชันทีต่ า่ งไปจากเดิม และโลหะ เหล็กเกิดเป็นสารประกอบออกไซด์ผสมกับ ไทเทเนียมที่มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ +3 เมื่อ ทดสอบประสิทธิภาพการย่อยสลายพบว่าหลัง จากเจือด้วยไอออนของ Fe3+ ในปริมาณทีเ่ ล็ก
งานวิจัยด้านอุตสาหกรรม
การย่อยสลายของตัวเร่งปฏิกิริยาเชิงแสง ไทเทเนียมไดออกไซด์
น้อยจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยาการสลาย ตัวด้วยแสงของ Methylene Blue เนื่องจากโลหะ Fe3+ ที่เจือลงไปนั้นสามารถไปช่วยยับยั้งการเกิดปฏิกิริยาการ รวมตัวกันระหว่างอิเล็กตรอน (e-) และหลุมประจุบวก (h+) นอกจากนี้ Fe3+ ยังไปช่วยในการรับส่งอิเล็กตรอนระหว่าง เกิดปฏิกิริยาอีกด้วย แต่ถ้าเติมในปริมาณที่มากเกินไป ตัวโลหะเหล็กเองจะเป็นศูนย์กลางในการให้อิเล็กตรอนเอง แก่หลุมประจุบวก ส่งผลให้ประสิทธิภาพการย่อยสลายของ Methylene Blue ลดลง
ลักษณะสัณฐานของตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะเหล็กเจือไทเทเนียม ที่เคลือบบนเม็ดอลูมินา
ประสิทธิภาพการย่อยสลาย Methylene Blue ภายใต้ แสงยูวีด้วยตัวเร่งที่เตรียมได้
สเปกตรั ม XANES ที่ แ สดงให้ เ ห็ น ถึ ง การเปลี่ ย นไปของ โคออร์ดิเนชันหลังจากเจือด้วยโลหะเหล็ก
Cyril Jose Escpete Bajamundi1, Dr. Maria Lourdes Pascual Dalidda1, ดร. กิติโรจน์ หวันตาหลา2, ดร. พงษ์ธนวัฒน์ เข็มทอง3, รศ. ดร. นุรักษ์ กฤษดานุรักษ์4 1 Department of Chemical Engineering, University of the Philippines 2 ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น 3 ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ ส�ำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ 4 ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ เอกสารอ้างอิง C.J.E. Bajamundi, M.L.P. Dalida, K. Wantala, P. Khemthong, N. Grisdanurak, “Effect of Fe3+ Doping on The Performance of TiO2 Mechanocoated Alumina Bead Photocatalysts”, The Korean Journal of Chemical Engineering 28(8), 1688-1692 (2011).