การเตรียมแผ่นยางขนาดนาโนจากแร่อิลเมไนท์ของไทยโดยวิธีไฮโดรเทอร์มอลและสมบัติการเร่งปฏิกิริยาโดยใช้แสง

Abstract

วัสดุไททาเนตและไททาเนียมไดออกไซด์มีประยุกต์ใช้งานทางด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม เช่นวัสดุสารกึ่งตัวนาชนิด n-type ในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง วัสดุบำบัดน้ำเสีย วัสดุตัวเร่งปฏิกิริยา อุปกรณ์ตรวจสอบก๊าซ และอื่นๆ งานวิจัยนี้ได้เตรียมแผ่นบางขนาดนาโน จากแร่อิลเมไนท์ของไทยซึ่งมีราคาถูกด้วยกระบวนการไฮโดรเทอร์มอล ที่ไม่ซับซ้อนยุ่งยากโดยใช้ชุดถังปฏิกรณ์ที่ออกแบบและสร้างได้เองในประเทศไทย แผ่นบางขนาดโนเตรียมได้โดยใช้แร่อิลเมไนท์ของไทยเป็นวัตถุดิบตั้งต้นผ่านวิธีการสังเคราะห์แบบไฮโดรเทอร์มอลที่อุณหภูมิ 105 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 24 ชั่วโมง ทำการทดสอบและวิเคราะห์ รูปร่าง ขนาด โครงสร้างผลึกและพื้นที่ผิวจำเพาะของวัสดุนาโนที่เตรียมได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) เครื่องเอ็กซ์เรย์ดิฟแฟรกชัน (XRD) และเครื่องวัดพื้นที่ผิวจำเพาะด้วยวิธี Brunauer-Emmett-Teller (BET) รวมถึงการทดลองนำแผ่นบางขนาดนาโนที่เตรียมได้ไปใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโดยใช้แสง (Photocatalyst) ภายใต้แสงอัลตร้าไวโอเลต (UV) ผลการศึกษาพบว่าแร่อิลเมไนท์มีโครงสร้างผลึกแบบรูไทล์ ขณะที่สารตัวอย่างที่สังเคราะห์ได้มีโครงสร้างผลึกแบบไททาเนต (H2Ti3O7) มีการจัดเรียงรูปร่างเป็นทรงกลมคล้ายดอกไม้ประกอบขึ้นจากแผ่นบางขนาดนาโนมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2-5 μm แผ่นบางขนาดนาโนมีลักษณะเป็นแผ่นโค้งเล็กน้อยกว้างประมาณ 100 nm ถึง 2 μm และมีความหนาของแผ่นในขนาดนาโนเมตร และพบว่า แผ่นบางขนาดนาโนที่เตรียมได้สามารถนำไปใช้ในการกระตุ้นปฏิกิริยาโดยใช้แสงได้ดีกว่า P25, JRC-01, JRC-03 ซึ่งเป็นวัสดุนาโน TiO2 เชิงพาณิชย์

Titanate and TiO2 have been widely used for energy and environment applications such as semiconductor n-type in dye-sensitized solar cell, water treatment materials, catalysts, gas sensors, and so on. This research prepared nanosheets from low-cost Thai ilmenite mineral via simple hydrothermal method using a Thai teflon-lined stainless steel autoclave, that was designed and built in Thailand. Nanosheets were synthesized by hydrothermal method using Thai ilmenite mineral at 105ºC for 24 hours. The shape, size, crystalline structures and specific surface area of the prepared samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), and Brunauer-Emmett-Teller (BET) specific surface area. The prepared nanosheets were applied as the photocatalyst under ultraviolet (UV) light. Ilmenite mineral (starting material) showed rutile phase while the prepared samples presented titanate structure (H2Ti3O7). As-synthesized sample showed flower-like morphology with diameter of 2-5 μm and composed of nanosheets structure. The nanosheets structure was slightly curved and approximately 100 nm to 2 μm in width and several nanometers in thickness. Additionally, the photocatalytic activity of nanosheets was observed to be higher than that of commercial nanoparticles (P25, JRC-01, and JRC-03).