| บทคัดย่อ |
วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้คือ เพื่อศึกษาวิธีการสังเคราะห์อนุภาคนาโนซิลิกอนไดออกไซด์ที่มีรูพรุนระดับมีโซ (MSNs) และมีขนาดอนุภาคสม่ำเสมอ และไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2) เตรียมและศึกษาคุณลักษณะของเมมเบรน คอมโพสิทนาโนแบบโครงข่ายซ้อนที่เติมด้วยอนุภาค MSNs สำหรับการปรับปรุงคุณภาพเชื้อเพลิงชีวภาพ นอกจากการสังเคราะห์อนุภาคนาโนและการเตรียมเมมเบรนคอมโพสิทนาโนแบบโครงข่ายซ้อนแล้ว งานวิจัยนี้ยังได้ศึกษาออกแบบและสร้างระบบต้นแบบสำหรับทดสอบสมรรถนะการแยกเชื้อเพลิงชีวภาพของเมมเบรนคอมโพสิทด้วย สำหรับการสังเคราะห์อนุภาคนั้น อนุภาคนาโนได้ถูกสังเคราะห์ด้วยเทคนิคการควบแน่นร่วมภายใต้สภาวะสองเฟส (Bi-phasic) โดยใช้ MTAB เป็นแม่พิมพ์และใช้ TEA และ X-100 เป็นแม่พิมพ์ร่วม ขณะที่เมมเบรนคอมโพสิทแบบโครงข่ายซ้อน ได้ถูกเตรียมโดยใช้โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ (PVA) ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง (HPVA) และต่ำ (LPVA) เป็นพอลิเมอร์ฐาน การเตรียมเมมเบรนถูกแบ่งเป็น 2 ขั้นตอน ขั้นแรกเป็นการเตรียมโครงข่ายที่ 1 โดยการเติม MSNs ในเมตริกซ์ของ HPVA และหลังจากผ่านการเชื่อมขวางโครงข่ายที่ 1 ด้วยความร้อนที่ 130 °C เป็นเวลา 1 h แล้ว เมมเบรนที่ได้จะถูกนำไปเตรียมโครงข่ายที่ 2 ด้วยการแช่เมมเบรนที่ได้จากขั้นตอนที่ 1 ใน LPVA ที่อุณหภูมิ 70 °C เป็นเวลา 30 min อนุภาคนาโนและเมมเบรนคอมโพสิทที่สังเคราะห์ได้ได้ถูกวิเคราะห์คุณสมบัติด้วยเทคนิควิเคราะห์ต่าง ๆ เช่น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) เทคนิควิเคราะห์พื้นที่ผิวจำเพาะ (BET) ด้วยการวัดปริมาณของแก๊สไนโตรเจนที่ถูกดูดซับบนผิวของวัสดุ และเทคนิควิเคราะห์พลวัตของสมบัติเชิงกลความร้อน (DMTA) ผลการวิจัยพบว่า สามารถสังเคราะห์อนุภาค MSNs และ TiO2 ได้ สำหรับ MSNs ที่สังเคราะห์โดยใช้ MTAB, MTAB+TEA และ MTAB+X-100 เป็นแม่พิมพ์ มีการกระจายตัวของขนาดอนุภาคค่อนข้างสม่ำเสมอและมีพื้นที่ผิวจำเพาะ (Specific surface area, SSA) สูงกว่า 600 m2/g และจากการวิเคราะห์โปรไฟล์ของการดูดและคายซับก๊าซไนโตรเจน พบว่า อนุภาค MSNs ที่ได้ มีรูพรุนระดับไมโคร (Microporous) ด้วย ขณะที่ SSA ของอนุภาคนาโนไททาเนียมไดออกไซด์ที่สังเคราะห์ด้วยวิธีเดียวกันโดยใช้ CTAB เป็นแม่พิมพ์และใช้ NH4OH เป็นสารตัวเร่ง มี SSA และขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนเท่ากับ 25.80 m2/g และ 27.61 nm ผลการเตรียมเมมเบรนคอมโพสิทแบบโครงข่ายซ้อนพบว่า โครงสร้างภาคตัดขวางของเมมเบรนเป็นแบบแน่นโดยที่อนุภาค MSNs กระจายตัวค่อนข้างสม่ำเสมอและเข้ากันได้ดีกับเมตริกซ์ของ PVA เติม MSNs ในเมตริกซ์ของ PVA ทำให้ค่าความสามารถในการซึมผ่านได้และค่าความแข็งแรงเชิงกลของเมมเบรนสูงขึ้น ส่งผลให้สมรรถนะของเมมเบรนดีขึ้น ผลการศึกษา ออกแบบและสร้างระบบต้นแบบสำหรับการทดสอบสมรรถนะการแยกเชื้อเพลิงชีวภาพ พบว่า สามารถสร้างระบบต้นแบบได้สำเร็จ และสามารถใช้ในการทดสอบสมรรถนะการแยกของเมมเบรนได้เป็นอย่างดี ไม่มีการรั่วไหลของสาร
This research aims to study synthesis method of mesoporous silica nanoparticles (MSNs) which have a uniform particle size distribution, and titanium dioxide (TiO2). Beside, prepare and study the characteristics of double-network (DN) nanocomposite membranes incorporated with MSNs for improvement of the quality of biofuel. In addition to synthesize of porous nanoparticles and preparation of nanocomposite membranes, the research also study, design and construct a prototype system for testing of the biofuel separation performance of composite membranes. For the synthesis of porous nanoparticles, nanoparticles were synthesized with the co-condensation technique under bi-phasic conditions. MTAB was used as principal template while TEA and X-100 were employed as co-template. Polyvinyl alcohol (PVA) was used to prepare the DN composite membranes. High molecular weight polyvinyl alcohol (HPVA) and low molecular weight polyvinyl alcohol (LPVA) were utilized as first and second networks, respectively. Preparation method of DN has two steps included the 1st and 2nd networks preparing steps. For the 1st network preparation steps, MSNs were dispersed in HPVA solution and then the solution was casted on the nylon supporting membrane. The obtained membrane was step dried and thermal crosslinked at 130 °C for 1 h. To create a 2nd network, crosslinked membrane obtained from the 1st step was then immersed in LPVA solution at 70 °C for 30 min, step dried and crosslinked again at the same condition. Synthesized nanoparticles and DN composite membranes were evaluated the characteristics with various analytical techniques such as SEM, TEM, BET and DMTA. Research results found that MSNs and TiO2 were completely synthesized. MSNs that is synthesized by using MTAB, MTAB+TEA and MTAB+X-100 as template, have a uniform particle size distribution and specific surface area (SSA) higher than 600 m2/g. Results from the consideration of N2 adsorption-desorption isotherm showed the microporous on the MSNs, as well. For TiO2 nanoparticles synthesized by co-condensation method using CTAB and NH4OH as template and catalyst, they have SSA and pore diameter for 25.80 m2/g and 27.61 nm, respectively. DN composite membrane prepared in this work have a dense structure. Distribution of MSNs in the matrix of PVA is quite uniform. The compatibility between MSNs and matrix of PVA is quite good. These make the increase of permeability and mechanical strength and lead to the improvement of separation performance of the DN membranes. In this work, prototype system for testing of biofuel separation performance of DN composite membrane was successfully designed and constructed. The constructed system was employed by no leakage of biofuel.
|
|---|
| คำสำคัญ |
วัสดุนาโน,เมมเบรนคอมโพสิทนาโน,เอทานอล,เชื้อเพลิงชีวภาพ,การแยก,Nanomaterials,nanocomposite membrane,ethanol,biofuel,separation
|
|---|
