นวัตกรรมวัสดุโฟโตแคตาไลติกที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับการบำบัดสีย้อมในน้ำเสีย

Abstract

งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์ในการเตรียมอนุภาคพอลิเมอร์ที่มีรูพรุน (พีซีพีพี) ของพอลิ(เมทิล เมทาคริเลต-ไดไวนิลเบนซีน) (พี(เอ็มเอ็มเอ-ดีวีบี)) กักเก็บอนุภาคนาโนแมกนีไทต์ (Fe3O4) และอนุภาคบิสมัทวานาเดต (BiVO4) ที่มีสมบัติโฟโตแคตาไลติก-ภายใต้แสงที่ตามองเห็น ในการใช้เป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพในการกำจัดสีย้อมที่ใช้ใหม่ได้ โดยการใช้พอลิ(เมทาคริลิค แอซิด-บล็อก-พอลิ(เอ็มเอ็มเอ-3-[ไตรเมทอกซีไซลิว] โพรพิว เมทาคริเลต) (พีเอ็มเอเอ-บี-พี(เอ็มอ็มเอ-เอ็มพีเอส)) เป็นสารก่อรูพรุน พีซีพีพี ที่เตรียมโดยไมโครซัสเพนชัน ไอโอดีน ทรานสเฟอ พอลิเมอไรเซชัน (เอ็มเอส-ไอทีพี) จะทำให้เกิดโครงสร้างที่มีรูพรุน ซึ่งจะช่วยเพิ่มอัตราส่วนของพื้นที่ผิวต่อปริมาตรและการแพร่ผ่านของน้ำสูง บล็อกโคพอลิเมอร์ยังทำหน้าที่ปรับแต่งผิวของอนุภาคนาโนบิสมัทวานาเดต ช่วยให้ถูกกักเก็บในอนุภาคทรงกลม พีซีพีพี พร้อมกับอนุภาคนาโนแมกนีไทต์ที่เคลือบด้วยกรดโอเลอิก อนุภาคทรงกลม พีซีพีพี ที่เตรียมได้จะมีขนาดประมาณ 5-20 ไมโครเมตรและมีศักย์ซีต้า -70 มิลลิโวลต์ โดยสามารถดูดซับเมทิลีนบลูได้ถึง 90% ในเวลา 30 นาที ที่พีเอช 10.5 เพราะพีซีพีพี มีส่วนของ พีเอ็มเอเอ ที่ตอบสนองต่อพีเอช พีซีพีพีที่เตรียมได้สามารถที่จะกำจัดเมทิลีนบลูได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยกำจัดได้ถึง 235 mg/g-BiVO4 ผ่านกลไกโฟโตแคตาไลติกและการดูดซับ ซึ่งมาจากการที่อนุภาคมีรูพรุนและมีอนุภาคนาโนบิสมัทวานาเดต ตามลำดับ นอกจากนี้การที่มีการกักเก็บอนุภาคนาโนแมกนีไทต์ จะทำให้สามารถแยกพีซีพีพีสำหรับการใช้ซ้ำ ได้ถึง 5 รอบ โดยที่ยังมีประสิทธิภาพในการกำจัดเมทิลีนบลูได้มากกว่า 86% พีซีพีพี ที่เตรียมได้นี้ จึงน่าจะเป็นทางเลือกที่ดีสำหรับการกำจัดสีย้อมและทำลายเชื้อโรคที่ปนเปื้อนในน้ำได้

This research aimed to prepare porous capsule polymer particles (PCPPs) of poly(methyl methacrylate-divinylbenzene) (P(MMA-DVB)) containing visible light-photocatalyst bismuth vanadate (BiVO4) and magnetite (Fe3O4) nanoparticles (NPs) to be employed as a reusable material for effective dye removal. By using poly(methacrylic acid)-block-poly(MMA-3-[trimethoxysilyl] propyl methacrylate) (PMAA-b-P(MMA-MPS)) as the porogen, PCPPs prepared via the microsuspension iodine transfer polymerization (ms ITP) were given a porous structure that increased the surface to volume ratio and high water diffusivity. The block copolymer also acting as a surface modifier of BiVO4 NPs allowed the encapsulation of this photocatalyst together with oleic acid coated Fe3O4 NPs in spherical PCPPs. Spherical PCPPs with a size of about 5-20 μm and zeta potential of -70 mV were obtained. They were able to adsorb methylene blue (MB) up to 90% in 30 minutes at pH 10.5 because PCPPs contain the pH-responsive PMAA segment. The fabricated PCPPs could effectively remove MB up to 235 mg/g-BiVO4 via the adsorption and photocatalytic mechanisms caused by the particle porosity and BiVO4 NPs, respectively. Moreover, the incorporated Fe3O4 NPs provided the magnetic separation ability of the PCPPs for their reusability up to 5 cycles with a high MB removal performance of > 86%. These PCPPs would be good candidates for effective dye removal and destruction of pathogens in contaminated water.