การพัฒนาอนุภาคแม่เหล็กระดับนาโนเคลือบด้วยโปรตีนกาวไหมส้าหรับกำจัดสีย้อมจากน้ำ
Development of silk sericin-capped magnetic nanoparticles for dye removal from water
โดย รองศาสตราจารย์ ดร. เพ็ญวิสาข์ พิสิฏฐศักดิ์ สาขาวิชาเทคโนโลยีวัสดุและสิ่งทอ
บทคัดย่อ (ภาษาไทย)
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาตัวดูดซับจากอนุภาคแม่เหล็กระดับนาโน ซึ่งเคลือบด้วยพอลิ เมอร์ธรรมชาติ 2 ชนิด ได้แก่ เซริซิน และเวย์โปรตีนไอโซเลท ทั้งนี้เพื่อควบคุมสัณฐานวิทยา และเพิ่มเสถียรภาพของอนุภาคแม่เหล็กระดับนาโนในสารละลาย การสังเคราะห์อนุภาคแม่เหล็กระดับนาโนทำโดยกระบวนการตกตะกอนร่วมทางเคมีระหว่างเกลือเฟอร์ริกและเกลือเฟอร์รัสในอัตราส่วนโดยโมลเท่ากับ 2:1 ภายใต้สภาวะความเป็นด่าง ณ อุณหภูมิห้อง ทำให้เกิดอนุภาคแม่เหล็กชนิดแมกนีไทต์ (magnetite, Fe3O4) ซึ่งยืนยันด้วยเทคนิคเอกซเรย์ดิฟแฟรกชัน (X-ray diffraction) ที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กแบบซูเปอร์พาราแมกเนติก เมื่อเคลือบอนุภาคแม่เหล็กระดับนาโนด้วยเซริซินจะทำให้ได้อนุภาคนาโนที่ขนาดเล็กลง โดยส่วนใหญ่อยู่ในรูปทรงแปดหน้า อนุภาคแม่เหล็กที่ได้มีคุณสมบัติแบบซูเปอร์พาราแมกเนติก โดยมีค่า ค่าแมกนีไทเซซันอิ่มตัวที่ต่ำกว่าอนุภาคแม่เหล็กระดับนาโนที่ไม่ได้เคลือบผิว ผลการทดสอบการดูดซับสีย้อมชนิดเมทิลีนบลู พบว่า การเคลือบเซริซินช่วยให้สามารถดูดซับเมทิ ลีนบลูได้ดีขึ้น และไอโซเทอมการดูดซับ เป็นไปตามตัวแบบฟรุนดลิช
อนุภาคแม่เหล็กระดับนาโนที่เคลือบด้วยเวย์โปรตีนไอโซเลท มีสมบัติเป็นซูเปอร์พาราแมกเนติกเช่นเดียวกัน เมื่อนำไปผสมสารละลายไคโตซาน และนำไปผ่านกระบวนการทำแห้งแบบแช่เยือกแข็ง จะได้วัสดุคอมพอสิตที่มีรูพรุน ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นตัวดูดซับสีเมทิลีนบลูได้ พบว่าการดูดซับของวัสดุรูพรุนที่ใส่อนุภาคแม่เหล็กเคลือบด้วยเวย์โปรตีนสามารถดูดซับสีได้ดีขึ้นเล็กน้อยเมื่อเทียบกับวัสดุรูพรุนที่ใส่อนุภาคแม่เหล็กที่ไม่ผ่านการเคลือบ ไอโซเทอมการดูดซับของวัสดุรูพรุนที่ได้เป็นไปตามตัวแบบของแลงเมียร์และฟรุนดลิช พบว่าสามารถนำวัสดุรูพรุนที่ใส่อนุภาคแม่เหล็กเคลือบด้วยเวย์โปรตีนมาใช้ซ้ำได้ 4 ครั้ง โดยประสิทธิภาพในการดูดซับลดลงประมาณ 23.7% ซึ่งแสดงให้เห็นว่า วัสดุรูพรุนที่พัฒนาขึ้นมีความน่าสนใจในการนำไปใช้เพื่อบำบัดน้ำเสียที่ปนเปื้อนจากสีย้อม
Abstract
This work aimed to develop adsorbents from magnetic nanoparticles modified with two biopolymers (sericin and whey protein isolate) in order to control the morphology and improve the stability of the nanoparticles in solution. Magnetic nanoparticles were synthesized from co-precipitation of ferric and ferrous salts at mole ratio 2:1 in alkaline solution under room temperature to produce magnetite (Fe3O4) as confirmed by X-ray diffraction. The nanoparticles were superparamagnetic. Sericin modification led to smaller nanoparticles, mostly in the form of octahedron. The sericin-modified magnetic nanoparticles were superparamagnetic with a lower saturation magnetization value than that of the untreated magnetic nanoparticles. Sericin-coating was associated with improved adsorption of methylene blue with adsorption isotherms following the Freundlich model.
Magnetic nanoparticles were also coated with whey protein isolate and found to exhibit superparamagnetic properties. A mixture of chitosan aqueous solution and magnetic nanoparticles was freeze-dried to produce a composite sponge capable of methylene blue adsorption. It was found that the sponge containing WPI showed slightly improved methylene blue compared to the sponge with uncoated nanoparticles. The adsorption isotherms fit well with both Langmuir and Freundlich models. The sponge containing WPI-modified magnetic nanoparticles could be recycled for 4 times with 23.7% reduction in adsorption efficiency. This indicates that the prepared sponge is a promising adsorbent for dye-contaminated water treatment.