การเตรียมท่อนาโนจากแร่อิลเมไนท์ของไทยโดยวิธีไฮโดรเทอร์มอลและสมบัติการเร่งปฏิกิริยาโดยใช้แสง

Abstract

ปัจจุบันวัสดุโครงสร้างระดับนาโนที่ได้มาจากไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO [subscript2]) ได้รับความสนใจ เนื่องจากสมบัติที่ยอดเยี่ยมและการนำไปประยุกต์ใช้งานที่สำคัญ เช่น วัสดุสารกึ่งตัวนำ ตัวเร่งปฏิกิริยา และ วัสดุบำบัดน้ำเสีย เป็นต้น แต่วัสดุนาโน TiO [subscript2] ส่วนใหญ่มีราคาค่อนข้างสูงและต้องนำเข้าจากต่างประเทศ การวิจัยครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการเตรียมท่อนาโนไททาเนตจากแร่อิลเมไนท์ของไทยโดยวิธีไฮโดรเทอร์มอลด้วยชุดถังปฏิกรณ์ที่ออกแบบและสร้างขึ้นโดยฝีมือคนไทยและทดลองใช้ท่อนาโนที่เตรียมได้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโดยใช้แสง ท่อนาโนเตรียมได้โดยใช้แร่อิลเมไนท์ของไทยเป็นวัตถุดิบตั้งต้นผ่านวิธีการสังเคราะห์แบบไฮโดรเทอร์มอลที่อุณหภูมิ 105 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 24 ชั่วโมง ทำการทดสอบและวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมี รูปร่าง ขนาด โครงสร้างผลึกและพื้นที่ผิวจำเพาะของวัสดุนาโนที่เตรียมได้ด้วยเครื่องเอ็กซ์เรย์ฟลูออเรสเซนซ์ (XRF) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) เครื่องเอ็กซ์เรย์ดิฟแฟรกชัน (XRD) และเครื่องวัดพื้นที่ผิวจำเพาะด้วยวิธี The Brunauer-Emmett-Teller (BET) รวมถึงการทดลองนำท่อนาโนไปใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโดยใช้แสง (Photocatalyst) ภายใต้แสงอัลตร้าไวโอเลต (UV) การศึกษาพบว่า ท่อนาโนไททาเนตที่เตรียมได้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายในและภายนอกประมาณ 6-8 และ 10-20 นาโนเมตร ตามลำดับ มีความยาวประมาณ 100-500 นาโนเมตร มีค่าพื้นที่ผิวจำเพาะและปริมาตรรูพรุนประมาณ 96.198 ตารางเมตร/กรัม และ 0.990 ลูกบาศก์/เซนติเมตร/กรัม ตามลำดับ และพบว่าท่อนาโนที่เตรียมได้สามารถนำไปใช้ในการกระตุ้นปฏิกิริยาโดยใช้แสงได้ดีและมีค่าสูงกว่านาโนไททาเนียมไดออกไซด์เชิงพาณิชย์ (P-25, JRC-01, JRC-03 และ White Pigment) วิธีการเตรียมวัสดุท่อนาโนที่มีสมบัติการเร่งปฏิกิริยาโดยใช้แสงสูงนี้เป็นวิธีการเตรียมที่ง่าย และเตรียมได้จากแร่อิลเมไนท์ของไทย

Nowadays, nanostructure materials derived from Titanium dioxide (TiO [subscript2]) have been attracted attentions owing to their excellent properties and important applications such as semiconductors, catalyst, and water treatment materials. However, nano TiO [subscript2] materials are relatively high price and must be imported from abroad. The aims of this research were to study the preparation of titanate nanotubes from Thai ilmenite mineral by hydrothermal method with a Thai Teflon-lined stainless steel autoclave and applied as the photocatalyst. Nanotubes were synthesized by hydrothermal method using Thai ilmenite mineral at 105 degree Celsius for 24 hours. The chemical composition, shape, size, crystalline structures and specific surface area of the as-prepared samples were characterized by x-ray fluorescence (XRF), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), x-ray diffraction (XRD), and Brunauer-Emmett-Teller (BET) specific surface area. The prepared nanotubes were applied as the photocatalyst under ultraviolet (UV) light. The prepared nanotubes had an average inner diameter around 6-8 nm and outer diameter around 10-20 nm. The length of the prepared titanate nanotubes was approximately 100-500 nm. The BET specific surface area and pore volume of the prepared titanate nanotubes were about 96.198 m2/g and 0.990 cm3/g, respectively. Nanotubes were capable to photocatalyst and the photocatalytic activity of the as-synthesized nanotubes was higher than those of commercially available TiO[subscript2] nanoparticles (P-25, JRC-01, JRC-03, and White Pigment). This preparation method provided a route to fabricate nanotubes with high photocatalytic activity from Thai ilmenite mineral.