ทีมนักเคมีจากมหาวิทยาลัย
Northwestern ได้ออกแบบวัสดุชนิดใหม่ที่มีลักษณะคล้ายฟองน้ำ
มีสีดำ เปราะ และผ่านการทำให้แห้งเยือกแข็ง (freeze-dried) (เช่นเดียวกับไอศกรีมที่นักบินอวกาศกิน)
ซึ่งประสบความสำเร็จอย่างสวยงาม วัสดุชนิดใหม่นี้สามารถกำจัดสารปรอทออกจากแหล่งน้ำเสียได้
แยกก๊าซไฮโดรเจนออกจากก๊าซชนิดอื่นได้อย่างง่ายดาย
และยังเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพมากกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดเดิมที่ใช้อยู่ในปัจจุบันในการกำจัดกำมะถันออกจากน้ำมันดิบ
การกำจัดกำมะถันด้วยไฮโดรเจน (hydrodesulfurization
หรือ HDS) แม้จะเป็นคำที่ค่อนข้างยาว
แต่มีการใช้กระบวนการนี้อย่างกว้างขวางในการกำจัดกำมะถันจากก๊าซธรรมชาติ
และผลิตภัณฑ์ต่างๆ จากการกลั่นปิโตรเลียม เช่น น้ำมันเบนซิน น้ำมันดีเซล
และน้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องบิน หากปราศจากขั้นตอนดังกล่าวแล้วกำมะถันก็จะถูกเผาไหม้
ซึ่งจะทำให้เกิดฝนกรด (acid rain) ตามมาได้
นักวิทยาศาสตร์พยายามพัฒนาวิธีการกำจัดกำมะถันด้วยไฮโดรเจนมาตลอด
แต่ไม่มีทีท่าว่าจะสำเร็จ กระทั่งนักวิจัยแห่งมหาวิทยาลัย Northwestern ได้ร่วมมือกับมหาวิทยาลัย Western Washington และพบว่า
แม้วัสดุที่พวกเขาพัฒนาขึ้นจะมีประสิทธิภาพมากกว่าเดิมถึง 2 เท่า
แต่จริงๆ แล้วก็ทำมาจากวัสดุประเภทเดียวกันนั่นเอง
วัสดุโคบอลต์-โมลิบดีนัม-กำมะถันจัดเป็นสารกลุ่มใหม่ประเภทหนึ่งของแคลโคเจล
(chalcogel) ซึ่งค้นพบเมื่อไม่นานมานี้โดยมหาวิทยาลัย Northwestern
แต่แคลโคเจลชนิดใหม่นี้ทำมาจากธาตุที่มีอยู่ทั่วไป
มีความเสถียรเมื่อสัมผัสกับอากาศ น้ำ และสามารถใช้ในรูปแบบผงได้
สำหรับรายละเอียดและสมบัติของแคลโคเจลชนิดโคบอลต์-โมลิบดีนัม-กำมะถันจะถูกเผยแพร่ออนไลน์ในวันที่
17 พฤษภาคม โดยวารสาร Nature Chemistry และนี่เป็นครั้งแรกที่รายงานถึงแคลโคเจล ซึ่งใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
และตัวแยกก๊าซ
เมอคูรี จี คานาตซิดิส (Mercouri
G. Kanatzidis) ผู้เขียนบทความวิชาการอาวุโสกล่าวว่า “ผมทึ่งกับประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาของเรามาก
เมื่อนึกถึงว่าตลอดเวลาที่ผ่านมาความพยายามที่จะหาวิธีพัฒนาการกำจัดกำมะถันด้วยไฮโดรเจนนั้นเป็นไปอย่างยากลำบาก
ตามหลักการแล้วตัวเร่งปฏิกิริยาของเราสามารถกำจัดกำมะถันได้มากถึง 2 เท่าเมื่อเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดเดิม
ในขณะนี้พวกเรากำลังศึกษาถึงวิธีการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาในสภาวะที่เป็นเชิงพาณิชย์มากขึ้น”
คานาตซิดิส, ชาลส์ อี (Charles E). และเอมมา เอช มอร์ริสัน (Emma
H. Morrison) ศาสตราจารย์ทางด้านเคมีแห่ง Weinberg College
of Arts and Sciences และ ซานทานู แบก (Santanu Bag) นักศึกษาปริญญาเอก
ได้พัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยวิธีที่แตกต่างจากวิธีที่ใช้ในการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาตัวเดิม
วัสดุที่มหาวิทยาลัย Northwestern
พัฒนาขึ้นมีลักษณะเป็นเจลที่ทำจากโคบอลต์ นิกเกิล โมลิบดีนับ
และกำมะถัน ซึ่งต่อมานำไปทำแห้งเยือกแข็ง
ทำให้ได้วัสดุที่มีลักษณะคล้ายฟองน้ำซึ่งมีพื้นที่ผิวสูง (1 ลูกบาศก์เซนติเมตรมีพื้นที่ผิวประมาณ
10,000 ตารางฟุต หรือประมาณครึ่งหนึ่งของสนามฟุตบอล)
ด้วยความที่มีพื้นผิวสูง
และมีเสถียรภาพภายใต้สภาวะของตัวเร่งปฏิกิริยาจึงทำให้โคบอลต์-โมลิบดีนัม-กำมะถันมีประสิทธิภาพสูง
นักวิจัยยังได้แสดงให้ดูว่าแคลโคเจลชนิดใหม่สามารถดูดซับโลหะหนักที่เป็นพิษออกจากน้ำเสียอย่างที่วัสดุอื่นไม่สามารถทำได้
แคลโคเจลสามารถกำจัดสารปรอทที่ปนเปื้อนอยู่ในน้ำในระดับหลายพีพีเอ็ม (ppm,
parts per million)ออกได้เกือบร้อยละ 99 เพราะสารปรอทชอบที่จะจับกับกำมะถัน
ซึ่งในแคลโคเจลก็ประกอบด้วยกำมะถันจำนวนมาก
เมื่อ 2 ปีที่ผ่านมาคานาตซิดิส
และแบก รายงานว่าแคลโคเจลสามารถกำจัดสารปรอทออกจากของเหลวได้
แต่แคลโคเจลนั้นประกอบด้วยแพลทินัมซึ่งมีราคาแพง
ในขณะที่แคลโคเจลชนิดใหม่ประกอบไปด้วยธาตุที่มีราคาถูก
คือใช้โคบอลต์และนิกเกิลแทนแพลทินัม โคบอลต์และนิกเกิลจะเชื่อมต่อกับอะตอมของกำมะถันของไทโอโมลิบเดตแอนไอออน
เพื่อสร้างโครงข่ายพรุนแบบ 3 มิติ
คานาตซิดิสกล่าวว่า “เราประสบความสำเร็จในการทำในสิ่งที่ยาก โดยไม่ใช้แพลทินัม
แต่หันมาใช้วัสดุที่หาได้ทั่วไปเพื่อที่จะสร้างเจลแทน
เราพบว่าสภาวะที่เหมาะสมที่จะได้สมบัติตามที่เราต้องการนั้น หัวใจสำคัญอยู่ที่การเปลี่ยนตัวทำละลายจากน้ำมาเป็นฟอร์มาไมด์
(formamide)”
นอกจากจะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในขั้นตอนการกำจัดกำมะถันออกจากน้ำมันดิบ
และฟองน้ำสำหรับดูดซับสารปรอทแล้ว
แคลโคเจลยังสามารถแยกก๊าซได้อย่างมีประสิทธิภาพอีกด้วย
นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าวัสดุนี้สามารถแยกก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากก๊าซไฮโดรเจนได้อย่างง่ายดาย
ซึ่งเป็นการนำไปใช้งานที่เป็นประโยชน์ต่อการผลิตไฮโดรเจนในเชิงเศรษฐกิจ
กระบวนการแยกก๊าซใช้ประโยชน์จากอะตอมของกำมะถันซึ่งเป็นซอฟต์อะตอมที่อยู่บริเวณพื้นผิว
อะตอมเหล่านี้ชอบที่จะเกิดอันตรกิริยากับซอฟต์โมเลกุลชนิดอื่นๆ ที่ผ่านเข้ามา
โดยจะทำให้โมเลกุลนั้นเคลื่อนที่ช้าลง ไฮโดรเจนซึ่งเป็นธาตุที่เล็กที่สุด
จัดเป็นฮาร์ดโมเลกุลมันจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงผ่านฟองน้ำนี้ไป
ในขณะที่ซอฟต์โมเลกุล เช่น คาร์บอนไดออกไซด์จะใช้เวลาในการเคลื่อนตัวช้ากว่า
แหล่งข่าวและรูปภาพ
http://www.sciencedaily.com/releases/2009/05/090517143341.htm
http://static.howstuffworks.com/gif/acid-rain-1a.jp
Environmental Objects พลังงานเชื้อเพลิง เช่น น้ำมันดิบ
ถ่านหิน
ฝนกรด
สารปนเปื้อนปรอทในน้ำเสีย
ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
Environmetal data
- Hydrodesulfurization (HDS) เป็นมาตรฐานกระบวนการตัวเร่งปฏิกิริยา สำหรับการกำจัดของกำมะถันจากผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม.
ในกระบวนการนี้ fractions sulfurous น้ำมันดิบที่ผสมกับไฮโดรเจนและตัวเร่งให้ ตอบสนองกับไฮโดรเจนสารประกอบกำมะถัน.
โดยปกติตัวเร่งประกอบด้วยฐาน alumina impregnated with โคบอลต์และ molybdenum.
- หลักการทางเคมีในการดูดซับสาร
และการสร้างพันธะเคมี
Metadata
วัสดุโคบอลต์-โมลิบดีนัม-กำมะถัน
ถูกพัฒนาให้มีลักษณะเป็นลักษณะคล้ายฟองน้ำซึ่งมีพื้นที่ผิวสูง (1 ลูกบาศก์เซนติเมตรมีพื้นที่ผิวประมาณ
10,000 ตารางฟุต หรือประมาณครึ่งหนึ่งของสนามฟุตบอล) เพื่อประสิทธิภาพในการใช้งานที่มากขึ้น
จากบทความ ฟองน้ำสังเคราะห์นี้เป็นการพัฒนาเพื่อตอบสนองความสะดวกสบาย และเพื่อประสิทธิภาพในการทำงานที่มากขึ้นจากของเดิม ซึ่งตรงกับกับเป้าหมายการพัฒนาในปัจจุบัน และยังถูกพัฒนาเพื่อใช้ได้ทั้งในงานด้านสิ่งแวดล้อม และด้านเศรษฐกิจอีกด้วย
กาญจนา บุญวิบูลวัฒน์ 5415004
นับว่าเป็นความรู้ใหม่ เรามีความคิดเห็นว่า ในอนาคต ฟองน้ำสังเคราะห์แคลโคเจลนี้จะเป็นรู้จักกันในฐานะเป็นสารตัวหนึ่ง ที่สามารถแยกมลพิษออกจากสิ่งแวดล้อมได้ และอาจมีการคิดค้นประดิษฐ์และพัฒนาทำให้บุคคลทั่วไปสามารถนำไปใช้ได้อย่างสะดวกและปลอดภัยมากยิ่งขึ้น
ตอบลบ