การเตรียมเส้นใยเซลลูโลสอะซิเตตผสมถ่านกัมมันต์โดยการปั่นเส้นใยด้วยไฟฟ้าสถิต สำหรับการดูดซับสารอินทรีย์

Abstract

ปัจจุบันมีการคิดค้นพัฒนาวัสดุกรองจากผ้าไม่ทอเส้นใยนาโนเมตร ซึ่งมีขนาดเส้นใยเล็กระดับนาโนเมตร เพื่อใช้เป็นวัสดุกรองสำหรับลดความเข้มข้นของมลพิษทางน้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสารประกอบอินทรีย์ ดังนั้นงานวิจัยนี้เป็นการศึกษาการขึ้นรูปผ้าไม่ทอเซลลูโลสอะซิเตต (CA) ผสมถ่านกัมมันต์ (AC) ด้วยวิธีการปั่นเส้นใยด้วยไฟฟ้าสถิตเพื่อการดูดซับสารอินทรีย์ การศึกษาสภาวะของกระบวนการขึ้นรูปด้วยเทคนิคการปั่นเส้นใยไฟฟ้าสถิต โดยการปรับเปลี่ยนความเข้มข้นของ CA ที่ 8 และ 10 wt% ละลายในตัวทำละลายผสมระหว่าง ได-คลอโรมีเทน (DCM) และไดเมทิลฟอร์มาร์ไมด์ (DMF) ในอัตราส่วน 2 ต่อ 1 ส่วนโดยน้ำหนัก และผสม AC ที่ปริมาณ 0, 1, 2, 3 และ 5 wt% ทำการวิเคราะห์ความหนืดของสารละลายด้วยเครื่องวัดความหนืด (Viscometer) วิเคราะห์รูปร่างและขนาดเส้นใยด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) และวัดการดูดซับสารเมทิลลีนบลู ด้วยเครื่อง UV-vis spectrometer ผลการศึกษาพบว่า ปริมาณ AC เพิ่มขึ้นทำให้ความหนืดของสารละลายมีค่าเพิ่มขึ้น ที่สภาวะ CA 10 wt%/AC 5 wt% มีความหนืดสูงสุด เมื่อวิเคราะห์ผ้าไม่ทอด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) พบว่าผ้าไม่ทอที่ CA 8 wt% มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยอยู่ในช่วง 250-270 nm และมีความสม่ำเสมอของเส้นใยมากกว่าผ้าไม่ทอที่ CA 10 wt% ซึ่งมีขนาดเส้นใยอยู่ในช่วง 300-350 nm ความหนืดของสารละลายเพิ่มขึ้น ส่งผลให้เส้นใยมีขนาดเพิ่มขึ้น และผลการดูดซับสารเมทิลลีนบลู เข้มข้น 5 ppm ในเวลา 48 ชม. พบว่า CA 8 wt% มีการดูดซับ เมทิลลีนบลูมากกว่า CA 10 wt% ที่ปริมาณ AC ต่างๆเนื่องจากที่ CA 8 wt% มีขนาดเส้นใยเล็กกว่า จึงมีพื้นที่ผิวต่อปริมาตรมากกว่า การวิจัยนี้ทำให้ทราบถึงสภาวะการขึ้นรูปผ้าไม่ทอเซลลูโลสอะซิเตตที่มีถ่านกัมมันต์ผสมโดยการปั่นแบบไฟฟ้าสถิต และนำไปประยุกต์ใช้เป็นวัสดุดูดซับสารอินทรีย์

Nowadays, nanofibers have been found as a nonwoven fabric as a filter to reduce harmful substances in polluted water, especially organic compounds. This research aimed to study the fabrication of nonwoven of cellulose acetate (CA) nanofibers composited with activated carbon (AC) by electrospinning method for organic compound adsorption. Spinning dopes of cellulose acetate of 8 and 10 wt% were prepared in mixture solvents of dichloromethane (DCM) and dimethylformamide (DMF). The ratio of DCM:DMF was 2:1 with varied amount of activated carbon 0,1,2,3 and 5 wt%. Solution viscosity was measured by viscometer. Morphology of electrospun (CA)/(AC) nonwovens were studied by scanning electron microscopy (SEM) and their methylene blue adsorption efficiencies were measured by UV-vis spectrometer. The results showed that the solution viscosity increased when increasing AC contents. The highest viscosity of nonwoven fabric was CA 10 wt% with AC 5 wt%. From SEM analysis, nonwoven nanofiber CA 8 wt% showed diameter in a range of 250-270 nm. The nanofibers were more uniform than that of CA 10 wt% with diameter in a range of 300-350 nm. Fiber diameters increased with increasing viscosity of CA solution. The results of methylene blue adsorption 5 ppm for 48 hr showed that nonwoven of CA 8 wt% could adsorb methylene blue better than CA 10 wt% nonwoven at various contents of AC. It was due to the fibers of CA 8 wt% nonwoven was smaller so that it was higher surface area per volume for adsorption. This research provided the information on electrospinning conditions for prepared nonwoven of CA compounded with AC for development on organic compounds adsorption.