การเตรียมวัสดุเชิงประกอบชีวภาพฐานพอลิแลกไทด์เพื่อประยุกต์ใช้ในการบำบัดน้ำเสีย
วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต (วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีพอลิเมอร์), 2566
Saved in:
| Main Author: | |
|---|---|
| Other Authors: | |
| Format: | Theses and Dissertations |
| Language: | Thai |
| Published: |
มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์
2024
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/19413 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Institution: | Prince of Songkhla University |
| Language: | Thai |
| id |
th-psu.2016-19413 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
Prince of Songkhla University |
| building |
Khunying Long Athakravi Sunthorn Learning Resources Center |
| continent |
Asia |
| country |
Thailand Thailand |
| content_provider |
Khunying Long Athakravi Sunthorn Learning Resources Center |
| collection |
PSU Knowledge Bank |
| language |
Thai |
| topic |
พอลิแลกไทด์ การบำบัดน้ำเสีย วัสดุเชิงประกอบชีวภาพ วัสดุเชิงประกอบโพลิเมอร์ |
| spellingShingle |
พอลิแลกไทด์ การบำบัดน้ำเสีย วัสดุเชิงประกอบชีวภาพ วัสดุเชิงประกอบโพลิเมอร์ ศศิมาภรณ์ อำพวัน การเตรียมวัสดุเชิงประกอบชีวภาพฐานพอลิแลกไทด์เพื่อประยุกต์ใช้ในการบำบัดน้ำเสีย |
| description |
วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต (วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีพอลิเมอร์), 2566 |
| author2 |
วัชนิดา ชินผา |
| author_facet |
วัชนิดา ชินผา ศศิมาภรณ์ อำพวัน |
| format |
Theses and Dissertations |
| author |
ศศิมาภรณ์ อำพวัน |
| author_sort |
ศศิมาภรณ์ อำพวัน |
| title |
การเตรียมวัสดุเชิงประกอบชีวภาพฐานพอลิแลกไทด์เพื่อประยุกต์ใช้ในการบำบัดน้ำเสีย |
| title_short |
การเตรียมวัสดุเชิงประกอบชีวภาพฐานพอลิแลกไทด์เพื่อประยุกต์ใช้ในการบำบัดน้ำเสีย |
| title_full |
การเตรียมวัสดุเชิงประกอบชีวภาพฐานพอลิแลกไทด์เพื่อประยุกต์ใช้ในการบำบัดน้ำเสีย |
| title_fullStr |
การเตรียมวัสดุเชิงประกอบชีวภาพฐานพอลิแลกไทด์เพื่อประยุกต์ใช้ในการบำบัดน้ำเสีย |
| title_full_unstemmed |
การเตรียมวัสดุเชิงประกอบชีวภาพฐานพอลิแลกไทด์เพื่อประยุกต์ใช้ในการบำบัดน้ำเสีย |
| title_sort |
การเตรียมวัสดุเชิงประกอบชีวภาพฐานพอลิแลกไทด์เพื่อประยุกต์ใช้ในการบำบัดน้ำเสีย |
| publisher |
มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ |
| publishDate |
2024 |
| url |
http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/19413 |
| _version_ |
1800917842671960064 |
| spelling |
th-psu.2016-194132024-05-29T02:54:04Z การเตรียมวัสดุเชิงประกอบชีวภาพฐานพอลิแลกไทด์เพื่อประยุกต์ใช้ในการบำบัดน้ำเสีย Preparation of Polylactide-based Biocomposite Applied to Wastewater Treatment ศศิมาภรณ์ อำพวัน วัชนิดา ชินผา Faculty of Science (Materials Science and Technology) คณะวิทยาศาสตร์ ภาควิชาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีวัสดุ พอลิแลกไทด์ การบำบัดน้ำเสีย วัสดุเชิงประกอบชีวภาพ วัสดุเชิงประกอบโพลิเมอร์ วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต (วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีพอลิเมอร์), 2566 Powder adsorbents are widely used due to their high adsorption efficiency, but they are inconvenient for practical use. In this work, polylactide (PLA) - based biocomposte adsorbents were developed for easy use, and environmental friendliness. Biocomposite adsorbents were prepared in membrane and bead forms using phase inversion method for cationic dye removal from water. To prepare biocomposite adsorbent, the cellulose fiber from agricultural waste such as oil palm empty fruit bunch (EFB) and lemongrass leaf (LGL) were firstly modified using maleic anhydride (MAH). The presence of carboxyl groups in MAH-modified EFB (MEFB) and LGL (MLGL) provided an excellent binding tocationic methylene blue (MB).The second step is the combination of modified fiber with biopolymers to produce adsorbents in membrane and bead forms. The biocomposite membrane from the PLA/ Poly(butylene adipate-coterephthalate) (PBAT) polymer blend added with MEFB was prepared by phase inversion method. The PLA/PBAT-MEFB biocomposite membrane could be twisted or bent. Moreover, the biocomposite membrane showed higher porosity and water absorption and more hydrophilicity than the PLA/PBAT blend membrane. Based on these results, by batch adsorption process, the biocomposite membrane showed higher adsorption capacity than the blend membrane. By filtration adsorption test, the pure water flux of biocomposite membrane was much higher than that of blend membrane and the separation efficiency of biocomposite membrane was 97.2% while blend membrane removed only 58.7%. The existence of MEFB in polymer matrix improved the adsorption efficiency of biocomposite due to the electrostatic binding between the carboxyl groups in MEFB and cationic MB. By filtration the mixed dye solution of cationic MB and anionic dye methyl orange (MO) through the PLA/PBAT MEFB membrane, cationic MB was almost completely absorbed by the negatively charged membrane. Whereas the negatively charged MO molecules passed through the membrane due to electrostatic repulsion between similar charged on membrane and MO molecules. In addition, the biocomposite membrane could be reused five times and retained more than 95% MB filtration efficiency. Biocomposite adsorbent bead from PLA added with MLGL (PLA-MLGL beads) could be prepared by two methods: Post modification (PM) and One pot (OP) methods. By scanning electron microscope (SEM) , the result demonstrated that the surface of the OP biosorbent had larger pores than the PM adsorbent. Moreover, the MLGL embedded on the surface of PLA matrix was observed on the surface of OP bead. In addition, the thermal property by thermogravimetric analysis (TGA) demonstrated that the thermal stability of OP bead was higher than that one of PM bead. The effects of adsorption time, pH, and initial dye concentration on the adsorption efficiency of OP bead were studied. The maximum adsorption capacity (qmax) of PLA-MLGL bead by OP method was 86.19 mg g-1 under the equilibrium adsorption time of 24 h at pH 8. In addition, OP bead could be reused over 5 cycles. By batch adsorption study, the kinetics adsorption of membrane and bead composite biosorbent toward MB obeyed the pseudo-second order (PSO) model, indicating that the adsorption between the biosorbent and the MB occurred through the opposite charges. Both membrane and bead adsorbents fitted well with the Langmuir isotherm and the monolayer adsorption with qm values were 35.97 and 90.09 mg g-1, respectively. The biocomposite adsorbents in membrane and bead could be reused several times using the acetic acid solution as the desorbing agent and maintain satisfy adsorption efficiencies. From the results, it was concluded that the proposed biocomposite adsorbents were not only simply fabricated but also were easy to practical use and environmental friendliness.They are useful for application to remove dyes from water. ตัวดูดซับที่มีลักษณะเป็นผงเป็นที่นิยมใช้อย่างกว้างขวางเนื่องจากมีประสิทธิภาพใน การดูดซับที่ดี แต่การใช้งานไม่ค่อยสะดวก ดังนั้นในงานวิจัยนี้ได้พัฒนาตัวดูดซับเชิงประกอบชีวภาพ ฐานพอลิแลกไทด์(Polylactide, PLA) ที่ใช้งานง่าย และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม โดยได้เตรียมตัวดูด ซับเชิงประกอบชีวภาพในรูปแบบเมมเบรนและเม็ดด้วยเทคนิคการแยกเฟส เพื่อใช้ในการกำจัดสีชนิด ประจุบวกออกจากน้ำ โดยในขั้นตอนแรกได้ดัดแปรเส้นใยที่สกัดได้จากของเหลือทิ้งทางการเกษตร ได้แก่ ทะลายปาล์มเปล่า (Empty fruit bunch, EFB) และใบตะไคร้ (Lemongrass leaf, LGL) ด้วย มาเลอิกแอนไฮไดรด์(Maleic anhydride, MAH) ทำให้เส้นใยดัดแปร (Modification of Microfiber, MEFB) และ (Modified lemon glass leaves, MLGL) ที่มีหมู่คาร์บอกซิลที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ การดูดซับสีประจุบวกเมลทิลีนบลู (Methylene blue, MB) ขั้นตอนที่สองเป็นการนำเส้นใยดัดแปร อนุภาคขนาดเล็กที่ได้ร่วมกับพอลิเมอร์ชีวภาพเพื่อให้อยู่ในรูปแบบเมมเบรนและเม็ดที่ใช้งานได้ง่ายขึ้น การเตรียมตัวดูดซับเชิงประกอบชีวภาพในรูปแบบเมมเบรนเตรียมจากพอลิเมอร์ ผสมระหว่าง PLA และพอลิบิวทิลีนอะดิเพท-โค-เทเรฟทาเลท (Poly (butylene adipate-coterephthalate, PBAT) และเติมเส้นใยดัดแปร MEFB จากการวิจัยพบว่าการเติม MEFB ร่วมกับ PLA และ PBAT สามารถเตรียมเมมเบรนเชิงประกอบชีวภาพ PLA/PBAT-MEFB ที่มีสามารถโค้งงอ ได้ นอกจากนี้เมมเบรนเชิงประกอบชีวภาพยังมีความเป็นรูพรุน มีความชอบน้ำและดูดซึมน้ำได้มาก ขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับเมมเบรนผสม PLA/PBAT ที่ไม่ได้เติม MEFB จากสมบัติดังกล่าวทำให้เมมเบรน เชิงประกอบมีความสามารถในการดูดซับสีMB ด้วยวิธีการดูดซับแบบแบทช์ได้มากกว่าเมมเบรนผสม นอกจากนี้เมื่อนำเมมเบรนเชิงประกอบมาทดสอบการดูดซับด้วยการกรองผ่านเมมเบรน (Filtration adsorption หรือ Dynamic adsorption) พบว่าเมมเบรนเชิงประกอบมีค่าการไหลผ่านของน้ำผ่าน เมมเบรน (Water flux) เท่ากับ 1214 L m-2 h-1 ซึ่งมากกว่าเมมเบรนผสมที่มีค่าการไหลผ่านของน้ำ ผ่านเมมเบรนเพียง 371 L m-2 h-1 และยังพบว่าเมมเบรนเชิงประกอบสามารถกรองแยกสี MB ได้ ร้อยละ 97.2 ในขณะที่เมมเบรนผสมสามารถกำจัดสีได้เพียงร้อยละ 58.7 การเติม MEFB ในเนื้อ พอลิเมอร์สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการกรองแยกสีMB เนื่องจากหมู่คาร์บอกซิลของ MEFB สามารถเกิดอันตรกิริยากับประจุบวกของสีย้อมได้ดี เมื่อนำเมมเบรนมากรองสารละลายผสมระหว่างสีประจุบวก MB และสีประจุลบเมทิลออเรนจ์ (Methyl orange, MO) พบว่าเมมเบรนเชิงประกอบดูดซับ สีประจุบวกอย่างรวดเร็ว และปล่อยให้สีย้อมประจุลบไหลผ่านเมมเบรนไปพร้อมกับน้ำได้อย่างสมบูรณ์ เนื่องจากเมมเบรนเชิงประกอบและสี MO มีประจุเหมือนกัน ทำให้เกิดแรงผลักทางไฟฟ้าสถิต (Electrostatic repulsion) นอกจากนี้เมมเบรนเชิงประกอบชีวภาพสามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้ 5 รอบ โดย เมมเบรนยังคงประสิทธิภาพการกรองสีMB ได้มากกว่าร้อยละ 95 ตัวดูดซับเชิงประกอบชีวภาพรูปแบบเม็ด (Biocomposite adsorbent bead) จาก ของผสมระหว่าง PLA และเส้นใยดัดแปร MLGL (PLA-MLGL bead) ถูกเตรียมได้จาก 2 วิธี คือ การ เตรียมเม็ดดูดซับแบบ Post modification (PM) และแบบ One pot (OP) ผลการศึกษา ลักษณะเฉพาะของเม็ดดูดซับจาก 2 วิธี ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (Scanning electron microscope, SEM) พบว่าผิวของเม็ดดูดซับเชิงประกอบ PLA-MLGL ที่เตรียมแบบ OP มี รูพรุนที่ผิวที่มีขนาดใหญ่กว่าเม็ดดูดซับที่เตรียมแบบ PM และที่ผิวยังพบเส้นใย MLGL ในลักษณะฝัง ในเนื้อของ PLA จากการศึกษาสมบัติทางความร้อนด้วยเทคนิคเทอร์โมกราวิเมทริกซ์ (Thermogravimetric analysis, TGA) พบว่าเม็ดดูดซับแบบ OP มีเสถียรภาพทางความร้อนสูงกว่า เม็ดดูดซับแบบ PM งานวิจัยนี้ได้นำเม็ดดูดซับเชิงประกอบชีวภาพที่เตรียมด้วยวิธี OP มาศึกษาปัจจัย ที่มีผลต่อการดูดซับสีMB ด้วยวิธีการดูดซับแบบแบทช์ ได้แก่ เวลาการดูดซับ, pH, และความเข้มข้น ของสารละลายสีย้อม ผลการวิจัยพบว่าสภาวะที่เม็ดดูดซับมีประสิทธิภาพการดูดซับสูงสุด คือ เวลาใน การดูดซับที่สมดุลของเม็ดดูดซับเท่ากับ 24 ชั่วโมง ที่ pH ของสารละลาย MB เท่ากับ 8 มีค่า ประสิทธิภาพการดูดซับสูงสุดเท่ากับ (Maximum adsorption capacity, qm) 86.19 mg g-1 นอกจากนั้นตัวดูดซับเชิงประกอบชีวภาพสามารถนำกลับมาใช้งานซ้ำได้มากกว่า 5 รอบและพบว่า ประสิทธิภาพการดูดซับสีย้อม MB ของตัวดูดซับลดลงเล็กน้อยในการใช้ซ้ำรอบถัดไป การศึกษาจลนพลศาสตร์ของการดูดซับด้วยวิธีการดูดซับแบบแบทช์ของตัวดูดซับ เชิงประกอบชีวภาพทั้งรูปแบบเมมเบรนและเม็ดสอดคล้องกับจลนพลศาสตร์แบบสมการปฏิกิริยา อันดับสองเทียม (Pseudo-second order, PSO) แสดงว่าการดูดซับระหว่างตัวดูดซับชีวภาพทั้งสอง ชนิดและสี MB เกิดขึ้นผ่านอันตรกิริยาระหว่างประจุตรงข้ามกัน และผลการศึกษาความเข้มข้นเริ่มต้น ของสี MB ด้วยตัวดูดซับทั้งสองชนิดสอดคล้องกับไอโซเทอร์มของการดูดซับแบบแลงเมียร์ (Langmuir isotherm) ซึ่งแสดงให้เห็นว่ากระบวนการดูดซับที่เกิดขึ้นเป็นแบบชั้นเดียว โดยตัวดูดซับเชิง ประกอบชีวภาพแบบเมมเบรนและแบบเม็ดมีค่าประสิทธิภาพการดูดซับสูงสุดที่คำนวณได้จากไอโซเทอร์ม ของการดูดซับแบบแลงเมียร์เท่ากับ 35.97 mg g-1และ 90.09 mgg-1ตามลำดับ นอกจากนั้นตัวดูดซับชีวภาพทั้งสองแบบสามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้หลายรอบโดยสารละลายกรดอะซิติก (CH3COOH) เป็นสารคายการดูดซับ โดยตัวดูดซับทั้งสองชนิดยังคงประสิทธิภาพในการกำจัดสี MB ได้อย่างน่าพอใจ จากงานวิจัยนี้แสดงให้ว่าการเตรียมตัวดูดซับเชิง ประกอบชีวภาพที่เตรียมได้ใช้งานง่าย มีประสิทธิภาพ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และสามารถนำมา ประยุกต์ใช้ในการกำจัดสีย้อมชนิดประจุบวก นอกจากนั้นยังเป็นการลดขยะเหลือทิ้งทางการเกษตร และในขณะเดียวกันก็ยังช่วยลดมลภาวะทางน้ำ รวมทั้งเป็นการเพิ่มมูลค่าให้วัสดุเหลือทิ้ง 2024-05-29T02:54:04Z 2024-05-29T02:54:04Z 2023 Thesis http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/19413 th Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Thailand http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/th/ application/pdf มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ |