การกำจัดเอทิลีนด้วยปฏิกิริยาโฟโตแคตะไลติกโดย TiO2/WO3 เคลือบบนเส้นใยไฟโบรอินจากไหม ด้วยเทคนิคอิเล็กโตรสปินนิ่ง
Photocatalytic Degradation of Ethylene by TiO2/WO3 on Electrospun Silk Nanofiber

ไพลิน เงาตระการวิวัฒน์
ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา ชลบุรี 20130
หน่วยวิจัยพัฒนาเทคโนโลยีและนวัตกรรมพลังงานทางเลือกเพื่อภาคอุตสาหกรรม คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา
โทรศัพท์ : 038102222, โทรสาร : 03874860
E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

ฤดีมาศ ถาเป็ง
ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา ชลบุรี 20130

Manuscript received December 18, 2018
Revised February 22, 2019

 




เอทิลีนความเข้มข้นสูงเป็นสาเหตุหนึ่งในการก่อให้เกิดมลพิษ ในขณะที่เอทิลีนความเข้มข้นต่ำที่เกิดจากการหายใจของผลไม้ สามารถเร่งให้ผลไม้เกิดการสุกเร็วขึ้น การควบคุมปริมาณเอทิลีนในบรรจุภัณฑ์ด้วยปฏิกิริยาโฟโตแคตะไลติก เป็นแนวทางหนึ่งในการเก็บรักษาผลไม้ งานวิจัยจึงพัฒนาวัสดุรองรับไฟโบรอินจากเส้นใยไหม ขึ้นรูปด้วยเทคนิคอิเล็กโตรสปินนิ่ง ที่สภาวะเครื่องกำเนิดศักย์ไฟฟ้ากำลังสูง 30 kV ระยะระหว่างปลายเข็มกับฉากรองรับ 8 cm และอัตราการป้อนสาร 4 ml/h และเคลือบทับด้วยโลหะออกไซด์ (TiO2 และ WO3) โดยศึกษาลำดับการเคลือบโลหะออกไซด์ 2 แบบ คือ TiO2 เคลือบทับ WO3 ที่ติดบนเส้นใย (TiO2/WO3) และ WO3 เคลือบทับ TiO2 ที่ติดบนเส้นใย (WO3/TiO2) อีกทั้งปรับสัดส่วนโมลของ TiO2:WO3 ที่ 1:0.4 ถึง 1:1.1 เพื่อกำจัดเอทิลีนในอากาศชื้น ความเข้มข้นเริ่มต้น 40 ppm พบว่าการเคลือบ TiO2/WO3 บนเส้นใยสามารถกำจัดเอทิลีนได้สูงกว่า WO3/TiO2 บนเส้นใย ถึง 1-1.5 เท่า ที่สัดส่วน1:0.7 และ 1:1.1 อาจเป็นเพราะการแยกกันของอิเล็กตรอนและโฮล ทำให้โฮลเคลื่อนที่ไปยังพื้นผิวของ TiO2 เกิดปฏิกิริยากับน้ำเกิดเป็นไฮดรอกซิลแรดิคัล ที่สามารถสัมผัสกับเอทิลีนในอากาศได้ดี ทำให้ประสิทธิภาพสูง นอกจากนี้ TiO2/WO3 ที่สัดส่วนโดยโมล 1:0.7 สามารถกำจัดเอทิลีนได้ดีที่สุดคือ 22.13 mmolC2H4/molTiO2 ซึ่งมากกว่า TiO2 บนเส้นใย 1.4 เท่า โดยที่ WO3 บนเส้นใยนาโนไฟโบรอินไม่สามารถกำจัดเอทิลีนได้ แสดงให้เห็นถึงการทำงานร่วมกันระหว่าง TiO2-WO3 ในการแยกอิเล็กตรอนกับโฮลทำให้เกิดปฏิกิริยาโฟโตแคตะไลติกได้ดีขึ้น

คำสำคัญ : เอทิลีน ไททาเนียมไดออกไซด์ ทังสเตนไตรออกไซด์ โฟโตแคตะไลติก ไฟโบรอิน อิเล็กโตรสปินนิ่ง

ABSTRACT
Anthropogenic ethylene at high concentrations in air is considered to be one of pollutant sources while the low concentration of ethylene naturally releasing from respiration in fruit could play an important role in the repining. Controlling ethylene concentration in active packaging by photocatalytic reactions is an alternative way to prolong shelf-life after harvesting. This research aims to develop the electrospun nanofiber from silk fibroin as a support. Several electrospinning parameters were controlled by applied high voltage of 30 kV, the distance between the needle and the collector of 8 cm and the flow rate of fibroin solution at 4 ml/h. The as-prepared electrospun fiber were coated with TiO2 and WO3 with 2 different patterns; TiO2 coated on WO3 immobilized on fiber (TiO2/WO3) and vice versa (WO3/TiO2). Moreover, the effect of TiO2:WO3 mole ratios (1:0.4 to 1:1.1) on ethylene removal from humid air with the initial ethylene concentration of 40 ppm were also investigated. The results show that TiO2/WO3 exhibited ethylene removal 1-1.5 times higher than WO3/TiO2 at mole ratios of 1:0.7 and 1:1.1. This higher efficiency may attribute to the charge separation effect resulting from synergetic effect of TiO2 and WO3, which can cause photo-excited holes to transfer to the surface of TiO2 and further reacted with water to form hydroxyl radical. The radicals initially induced decomposition of ethylene to CO2 and water. Furthermore, TiO2/WO3 at mole ratio of 1:0.7 showed the excellent ability to remove ethylene of 22.13 mmolC2H4/molTiO2 which is 1.4-times higher than that of TiO2 while WO3 could not remove ethylene. This emphasized the charge separation could be enhanced the photocatalytic efficiency.

Keywords: ethylene; titanium dioxide; tungsten trioxide; photocatalytic; fibroin; electrospinning.

pdf01pdf File Size: 582.51 KB 

mutengineer@gmail.com

Mahanakorn University of Technology

140 Moo 1, Cheum-Sampan Road, Nongchok, Bangkok, Thailand 10530

Tel: +(662)988-3655  Fax: +(662)988-4027

designed by sutit.ongart@gmail.com