การสังเคราะห์วัสดุโครงข่ายโลหะอินทรีย์เพื่อดูดซับสีย้อมในน้ำเสียสังเคราะห์

วนิดา ชูอักษร

ผู้แต่ง

วนิดา ชูอักษร คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ศูนย์รังสิต ตำบลคลองหนึ่ง อำเภอคลองหลวง จังหวัดปทุมธานี 12120

คำสำคัญ:

อุตสาหกรรมสิ่งทอ; วัสดุโครงข่ายโลหะอินทรีย์; เมทิลออเรนจ์; การดูดซับ

บทคัดย่อ

การสังเคราะห์วัสดุโครงข่ายโลหะอินทรีย์ (Metal Organic Frameworks: MOF) เพื่อดูดซับสีย้อมเมทิลออเรนจ์ในน้ำเสียสังเคราะห์โดยทำการสังเคราะห์วัสดุ MOF ได้แก่ MOF-Ni-DMF และ MOF-Ni-DI ซึ่งใช้นิกเกิลไดคลอไรด์เฮกซะไฮเดรต (Nickel (II) chloride hexahydrate) และกรดเบนซีน-1,3,5-ไตรคาร์บอกซิลิก (BTC) โดยที่ MOF-Ni-DMF ใช้ไดเมทิลฟอร์มาร์ไมด์ (DMF) เป็นตัวทำละลาย ขณะที่ MOF-Ni-DI ใช้น้ำเป็นตัวทำละลาย MOF ทั้งสองถูกสังเคราะห์ภายใต้อุณหภูมิ 120°C เป็นเวลา 24 ชั่วโมง โดยวัสดุ MOF ที่สังเคราะห์ได้ทั้งสองชนิด มีลักษณะเป็นผงสีเขียวอ่อน นำมาวิเคราะห์ลักษณะสมบัติทางกายภาพและเคมี ได้แก่ การวิเคราะห์หมู่ฟังก์ชันด้วยเครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์อินฟราเรดแบบฟูเรียร์ทรานสฟอร์ม (Fourier Transform Infrared Spectrophotometer; FTIR) ปรากฏพีคของ Ni-O บริเวณ 720 cm^-1 พีคหมู่คาร์บอกซิเลต (-COO) กับโลหะนิกเกิล ในช่วง 1650-1350 cm^-1 พีคหมู่คาร์บอนิล (C=O) บริเวณ 1720 cm^-1 และพีคหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) บริเวณ 3400 cm^-1 โลหะและสารอินทรีย์มีการสร้างพันธะกันโดยมีทั้งโลหะนิกเกิล และ BTC อยู่ในโครงสร้างของทั้งสอง จากการวิเคราะห์โครงสร้างผลึกด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (X-ray Diffractometer; XRD) พบว่า MOF-Ni-DMF มีโครงสร้างผลึกที่เป็นระเบียบ (Crystalline Structure) และ MOF-Ni-DI ปรากฏพีคที่มีลักษณะไม่คมชัดที่แสดงถึงลักษณะของวัสดุที่มีการจัดเรียงตัวของผลึกที่เป็นโครงสร้างอสัณฐาน (Amorphous Structure) โดยมีค่า Zeta potential ของ MOF-Ni-DMF เท่ากับ –12.7 mV และ MOF-Ni-DI เท่ากับ –15.2 mV ตามลำดับ จากนั้นนำวัสดุทั้งสองมาศึกษาความสามารถในการดูดซับเมทิลออเรนจ์ในน้ำเสียสังเคราะห์ โดยมีความเข้มข้นของเมทิลออเรนจ์ที่ระดับ 20, 50 และ 100 mg/L ปริมาตร 30 mL ใช้ MOF-Ni-DMF และ MOF-Ni-DI ปริมาณ 10 mg ที่ค่า pH 5.6 และอุณหภูมิ 25 °C ทดสอบภายใต้ช่วงเวลาการสัมผัส 20, 40, 60 และ 80 นาที พบว่าการดูดซับเข้าสู่สมดุลที่ 40 นาที MOF-Ni-DMF มีความสามารถในการดูดซับสูงกว่า MOF-Ni-DI ในทุกระดับความเข้มข้นของเมทิลออเรนจ์ โดยดูดซับได้ดีที่ความเข้มข้น 20 mg/L MOF-Ni-DMF และ MOF-Ni-DI ดูดซับได้ 141.73 และ 98.67 mg/g ตามลำดับ หรือคิดเป็นประสิทธิภาพ 99.52% และ 69.28% ตามลำดับ MOF-Ni-DMF และ MOF-Ni-DI มีพฤติกรรมการดูดซับสอดคล้องกับแบบจำลอง Freundlich Isotherm โดยมีค่า R² เท่ากับ 0.99937 และ 0.62949 ตามลำดับ

เอกสารอ้างอิง

Norarmi, N. F. B., Tajudin, N. H. B., Hafizo, N. S. H. B., Luzi, W. N. S. B. W. M., Amin, N. A. B. M., Aziz, S. F. N. B., & Musa, A. B. H. (2022). A Review on Textile and Clothing Industry Impacts on the Environment. International Journal of Academic Research in Business and Social Sciences, 12(10), 2137 – 2146.

Lin, J., Ye, W., Xie, M., Seo, D.H., Luo, J., Wan, Y., Bruggen, B.V. (2023). Environmental Impacts and Remediation of Dye-Containing Wastewater. Nature Reviews Earth & Environment, 4(2023), 785–803.

Sabnis, R.W. (2016). The Gewald Reaction in Dye Chemistry. Coloration Technology, 132(1), 49-82.

Ministry of Industry. (2017). Notification of the Ministry of Industry on the Standard for Wastewater Discharge from Factories B.E. 2560 (2017). Royal Thai Government Gazette, 134(Special Part 253 Ng), 11–15. (in Thai). *ปรับเป็นภาษาไทย

Chooaksorn, W. (2012). Color Removal Technology in Industrial Wastewater. Burapha Science Journal, 17(1), 181-191 (in Thai). *ปรับเป็นภาษาไทย

Periyasamy, A. P. (2024). Recent Advances in the Remediation of Textile-dye-containing Wastewater: Prioritizing Human Health and Sustainable Wastewater Treatment. Sustainability, 16(2), 495.

Thakur, S., & Bharti, S. (2024). Unlocking the Potential of Metal–Organic Frameworks: A Review on Synthesis, Characterization, and Multifaceted Applications. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials, 34, 4477–4508.

Ali, A. N. (2024). A comprehensive study of natural and synthetic dyes: their properties, methods of preparation, and uses. SHIFAA, 2024, 1-17. https://doi.org/10.70470/SHIFAA/2024/001

Tkaczyk, A., Mitrowska, K., & Posyniak, A. (2020). Synthetic organic dyes as contaminants of the aquatic environment and their implications for ecosystems: A review. Science of The Total Environment, 717, 137222. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137222

Al-Tohamy, R., Ali, S. S., Li, F., Okasha, K. M., Mahmoud, Y. A.-G., Elsamahy, T., Jiao, H., Fu, Y., & Sun, J. (2022). A critical review on the treatment of dye-containing wastewater: Ecotoxicological and health concerns of textile dyes and possible remediation approaches for environmental safety. Ecotoxicology and Environmental Safety, 231, 113160. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2021.113160

Azanaw, A., Birlie, B., Teshome, B., & Jemberie, M. (2022). Textile effluent treatment methods and eco-friendly resolution of textile wastewater. Case Studies in Chemical and Environmental Engineering, 6, 100230. https://doi.org/10.1016/j.cscee.2022.100230

Yusuf, V. F., Malek, N. I., & Kailasa, S. K. (2022). Review on metal–organic framework classification, synthetic approaches, and influencing factors: Applications in energy, drug delivery, and wastewater treatment. ACS Omega, 7(49), 44507–44531. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c05310

Dutta, S., Gupta, B., Srivastava, S. K., & Gupta, A. K. (2021). Recent advances on the removal of dyes from wastewater using various adsorbents: A critical review. Materials Advances, 2(14), 4497–4531. https://doi.org/10.1039/D1MA00354B

Chen, J., Wang, C., Li, X., & Zhang, Z. (2023). Metal Organic Framework Derived NiOx Nanoparticles for Application as a Hole Transport Layer in Perovskite Solar Cells. Journal of Materials Chemistry A, 11(7), 3314–3325.

Radhika, M., Gopalakrishna, B., Chaitra, K., Bhatta, L.K.G., Venkatesh, K., Kamath, M.K.S., & Kathyayini, N. (2020). Electrochemical studies on Ni, Co & Ni/Co-MOFs for High-performance Hybrid Supercapacitors. Materials Research Express, 7(5), 054003.

Haque, E., Jun, J. W., & Jhung, S. H. (2011). Adsorptive Removal of Methyl Orange and Methylene Blue from Aqueous Solution with a Metal-organic Framework Material, Iron Terephthalate (MOF-235). Journal of Hazardous Materials, 185(1), 507-511.

Du, P., Dong, Y., Liu, C., Wei, W., Liu, D., & Liu, P. (2018). Fabrication of Hierarchical Porous Nickel Based Metal-Organic Framework (Ni-MOF) Constructed with Nanosheets as Novel Pseudo-Capacitive Material for Asymmetric Supercapacitor. Journal of Colloid and Interface Science, 518, 57-68.

Herlina, I., Krisnandi,Y.K., & Ridwan, M. (2024). MOF-199 and Ni-BTC: Synthesis, Physicochemical Properties, and Catalytic Activity in Oxidation of 5-Hydroxymethylfurfural. Bulletin of Chemical Reaction Engineering & Catalysis, 18 (4), 724-735.

Soni, S., Bajpai, P.K. & Arora, C. (2019). A Review on Metal-Organic Framework: Synthesis, Properties and Application. Characterization and Application of Nanomaterials, 3(2), 87-106.

Tran, K. N. T., Phan, C. P. K., Ho, V. T., Chau, H. D., & Nguyen, T. N. D. (2023). Adsorption of Methyl Orange Dyes on Oriented Co/Fe-MOF Bimetallic Organic Framework in Wastewater Treatment. Indonesian Journal of Chemistry, 23(2), 533–541.

Foo, K. Y., & Hameed, B. H. (2010). Insights into the Modeling of Adsorption Isotherm Systems. Chemical Engineering Journal, 156(1), 2-10.

Karami, A., Shomal, R., Sabouni, R., Al-Sayah, M. H., & Aidan, A. (2022). Parametric Study of Methyl Orange Removal Using Metal–Organic Frameworks Based on Factorial Experimental Design Analysis. Energies, 15(13), 4642.

Hasanzadeh, M., Simchi, A., & Far, H. S. (2019). Kinetics and Adsorptive Study of Organic Dye Removal Using Water-Stable Nanoscale Metal Organic Frameworks. Materials Chemistry and Physics, 233, 267-275.