อิทธิพลของขนาดรูพรุนและระดับความเข้มข้นโอโซนต่อประสิทธิภาพการสร้างอนุมูลอิสระของออกซิเจน (ROS) ในกระบวนการออกซิเดชันขั้นสูง

บทคัดย่อ

ในการศึกษานี้ต้องการศึกษาผลกระทบของขนาดรูพรุนและระดับความเข้มข้นโอโซนที่มีต่อประสิทธิภาพ ในการสร้างอนุมูลอิสระของออกซิเจน (Reactive Oxygen Species: ROS) จากกระบวนการออกซิเดชันขั้นสูง (Advanced Oxidation Processes: AOPs) โดยอาศัยการออกซิเดชันด้วยโอโซนสำหรับก๊าซโอโซนที่ใช้ในกระบวนการออกซิเดชันด้วยโอโซน (Ozone-Based Advanced Oxidation Processes: Ozone-Based AOPs) ถูกผลิตโดยเครื่องปฏิกรณ์ชนิดไดอิเล็กทริคแบริเออร์ดิสชาร์จ (Dielectric Barrier Discharge: DBD) โดยใช้ก๊าซออกซิเจนและอากาศเป็นก๊าซปฏิกิริยาภายใต้อัตราการไหล 11 ลิตรต่อนาที โดยใช้เวลา 15 นาทีในการผลิตก๊าซโอโซน ด้วยการใช้สนามไฟฟ้าแรงสูงเพื่อทำให้โมเลกุลออกซิเจนแตกตัวเป็นไอออน (Ionization) และความเข้มข้นของก๊าซโอโซนที่ผลิตได้จะถูกวิเคราะห์ด้วยวิธีไทเทรตไอโอโดเมตริก ผลการทดลองพบว่าเมื่อใช้ก๊าซออกซิเจนเป็นก๊าซปฏิกิริยาจะมีความเข้มข้นของก๊าซโอโซนสูงสุดที่ 15.77 มิลลิกรัมต่อลิตร ขณะที่เมื่อใช้อากาศเป็นก๊าซปฏิกิริยาจะมีความเข้มข้นของก๊าซโอโซนเพียง 4.70 มิลลิกรัมต่อลิตร ซึ่งแตกต่างกันถึงร้อยละ 235.5 นอกจากนั้นเมื่อก๊าซโอโซนถูกกระจายลงในน้ำผ่านอุปกรณ์สร้างฟองที่มีรูพรุน (Porous Diffuser) เพื่อสร้างฟองก๊าซขนาดเล็ก (Fine Bubbles) จะทำให้เกิดอนุมูลอิสระของออกซิเจนภายใต้กระบวนการโอโซเนชัน (Ozonation Process) และปฏิกิริยาโอโซโนไลซิส (Ozonolysis) ที่อาจเกิดขึ้นกับสารอินทรีย์ที่อยู่ในน้ำนอกจากนั้นเมื่อพิจารณาค่าการนำไฟฟ้า (Electrical Conductivity: EC) และปริมาณของแข็งละลายน้ำ (Total Dissolved Solids: TDS) หลังจากกระจายก๊าซโอโซนลงในน้ำด้วยอุปกรณ์สร้างฟองพบว่าในกรณีก๊าซโอโซนที่มีความเข้มข้นสูง (ความเข้มข้น 15.77 มิลลิกรัมต่อลิตร) ซึ่งได้จากการที่ใช้ก๊าซออกซิเจนเป็นก๊าซปฏิกิริยาพบว่าได้ผลลัพธ์ที่ใกล้เคียงกัน โดยค่าการนำไฟฟ้าและปริมาณของแข็งละลายน้ำมีแนวโน้มลดลงไปในทิศทางเดียวกัน ค่าการนำไฟฟ้าลดลงจาก 271 เป็น 248 ไมโครซีเมนส์ต่อเซนติเมตรและค่าปริมาณของแข็งละลายน้ำลดลงจาก 173 เป็น 135 มิลลิกรัมต่อลิตรสำหรับอุปกรณ์สร้างฟองที่มีรูพรุนระดับนาโน ส่วนอุปกรณ์สร้างฟองที่มีรูพรุนระดับไมโครมีการเปลี่ยนแปลงในลักษณะเดียวกันโดยมีค่าการนำไฟฟ้าลดลงจาก 273 เป็น 254 ไมโครซีเมนส์ต่อเซนติเมตร และค่าปริมาณของแข็งละลายน้ำลดลงจาก 172 เป็น 138 มิลลิกรัมต่อลิตร ส่วนในกรณีก๊าซโอโซนที่มีความเข้มข้นต่ำ (4.70 มิลลิกรัมต่อลิตร) ซึ่งเกิดจากการที่ใช้อากาศเป็นก๊าซปฏิกิริยา พบว่าได้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนโดยอุปกรณ์สร้างฟองที่มีรูพรุนระดับนาโนยังคงมีค่าการนำไฟฟ้าและค่าปริมาณของแข็งละลายน้ำลดลงและอยู่ในระดับที่ใกล้เคียงกับกรณีที่ใช้ก๊าซออกซิเจนเป็นก๊าซปฏิกิริยา ส่วนอุปกรณ์สร้างฟองที่มีรูพรุนระดับไมโครกลับมีค่าการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้นจาก 273 เป็น 306 ไมโครซีเมนส์ต่อเซนติเมตรและค่าปริมาณของแข็งละลายน้ำมีค่าลดลงเล็กน้อยจาก 172 เป็น 160 มิลลิกรัมต่อลิตร จากผลการทดลองที่แสดงให้เห็นว่าระดับความเข้มข้นของก๊าซโอโซนและขนาดรูพรุนของอุปกรณ์สร้างฟองส่งผลอย่างชัดเจนต่อประสิทธิภาพการสร้างอนุมูลอิสระของออกซิเจนโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อก๊าซโอโซนที่มีความเข้มข้นต่ำ (4.70 มิลลิกรัมต่อลิตร) ซึ่งเกิดจากการที่ใช้อากาศเป็นก๊าซปฏิกิริยาพบว่าอุปกรณ์สร้างฟองที่มีรูพรุนระดับนาโนจะสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการสร้างอนุมูลอิสระของออกซิเจนได้รวดเร็วกว่าและมีประสิทธิภาพสูงกว่าอุปกรณ์สร้างฟองที่มีรูพรุนระดับไมโคร