Photoelectrocatalysis degradation of organic compounds using FTO/WO3/BiVO4 electrode under visible light irradiation
โดย ธวัชชัย จุฑามาศ
ปี 2557
บทคัดย่อ
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์หลักคือ การพัฒนาเทคนิคโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลซีสในการกำจัดสารประกอบอินทรีย์ที่อยู่ในแหล่งน้ำ โดยแบ่งการทดลองเป็นสองส่วนตามชนิดการกำจัดสารอินทรีย์ที่มีความเป็นพิษที่แตกต่างกัน ในส่วนแรกใช้กรดออกซาลิกเป็นตัวแทนของสารอินทรีย์ที่มีความเป็นพิษต่ำสำหรับการกำจัดด้วยปฏิกิริยาโฟโตอิเล็กโตรออกซิเดชัน ที่ขั้วไฟฟ้าสารกึ่งตัวนำผสม FTO/WO3/BiVO4 ภายใต้สภาวะเร่งจากศักย์ไฟฟ้าและแสงวิสิเบิลโดยการศึกษาสภาวะผลของความเข้มข้นเริ่มต้นของกรด ออกซาลิก สภาพความเป็น กรด-เบส ขนาดของขั้วไฟฟ้า ศักย์ไฟฟ้า เพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงสุดในการกำจัดกรดออกซาลิกใช้เครื่อง UV-VIS spectrophotometer สำหรับติดตามปริมาณของกรด ออกซาลิกที่ถูกกำจัดที่เวลาต่างๆ เครื่องวิเคราะห์ปริมาณคาร์บอนทั้งหมด (TOC) นำมาใช้ในการยืนยันการกำจัดกรดออกซาลิกให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จากผลการทดลองพบว่าที่สภาวะที่เหมาะสมที่สุดในการกำจัดกรดออกซาลิกด้วยเทคนิคโฟโตอิเล็กโตร- คะตะไลซีสคือสามารถกำจัดกรดออกซาลิกที่ความเข้มข้นเริ่มต้น 1 mM ค่า pH เท่ากับ 8 ใช้ขั้วไฟฟ้าขนาดที่ใหญ่กว่า โดยสามารถกำจัดกรดออกซาลิกได้ถึงร้อยละ 70 ในช่วงเวลา 3 ชั่วโมง ในส่วนที่สองใช้สารคูมีนไฮโดรเปอร์ออกไซด์(CHP) เป็นตัวแทนสารอินทรีย์ที่มีความเป็นพิษสูง โดยการศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการกำจัดเช่น ค่าความเป็นกรด-เบส ค่าศักย์ไฟฟ้า และจำนวนแหล่งกำเนิดแสงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการกำจัดให้ที่ดีที่สุด เครื่องโครมาโทกราฟีของเหลวสมรรถนะสูง (HPLC) ถูกนำมาใช้สำหรับการศึกษากลไกในการกำจัด CHP ว่าได้เปลี่ยนเป็นสารใดในระหว่างกระบวนการกำจัด จากผลการทดลองพบว่าขั้วไฟฟ้า FTO/WO3/BiVO4มีประสิทธิภาพสูงในการกำจัดสาร CHP โดยสารสามารถกำจัด CHP ที่ความเข้มข้นเริ่มต้น 100 ppm ให้หมด100% ในเวลา 1 ชั่วโมง ซึ่ง CHP จะถูกเปลี่ยนไปเป็น อะซีโตฟีโนน(AP) และ ไดเมทิลฟีนิลคาร์บินอล(DMPC) และจะถูกกำจัดให้หมด 100%ในช่วงเวลา 3 และ 5 ชั่งโมงตามลำดับ นอกจากนี้ยังได้ศึกษาค่าปริมาณออกซิเจนที่สารเคมีใช้ในการย่อยสลายสารอินทรีย์(COD) จากกระบวนการกำจัดด้วยเพื่อยืนยันว่ากระบวนการกำจัดสามารถเปลี่ยน CHP ไปเป็น CO2ซึ่งจากผลการทดลองพบว่าในกระบวนการกำจัด CHP สามารถลดค่า COD จาก 240 mgO2/L เป็น 40 mgO2/L ในเวลา 6 ชั่วโมง ที่สำคัญคือในงานวิจัยนี้ได้ใช้แผ่นเซลล์สุริยะเพื่อเป็นหน่วยให้ศักย์ไฟฟ้ากับระบบ ซึ่งเป็นการทำให้จัดระบบได้ง่ายขึ้นและลดต้นทุนของกระบวนการในการนำไปประยุกต์ใช้งานจริง และได้ผลการกำจัด CHP ถึง 100 % ในเวลา 2 ชั่วโมง และสามารถลด ผลิตภัณฑ์ AP และ DMPC ได้ถึง 30 % ในเวลา 6 ชั่วโมง
จากผลวิจัยสามารถสรุปได้ว่าเทคนิคโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลซีสที่ได้พัฒนาขึ้นโดยใช้ขั้วไฟฟ้าทำงานเป็น FTO/WO3/BiVO4นี้ประสบความสำเร็จในการกำจัดสารอินทรีย์ในน้ำได้เป็นอย่างดี ซึ่งเป็นวิธีที่ง่าย และ ประหยัดงบประมาณ เหมาะสมที่จะนำไปประยุกต์ใช้กับการบำบัดน้ำเสียต่อไป