ข้อมูลงานวิจัย การพัฒนาฟิล์มพลาสติกคัดกรองแสงทางเกษตรที่ผสมควอนตัมดอทจากผักตบชวา

ข้อมูลส่วนตัว
    • ชื่อ-นามสกุล (ภาษาไทย)รศ.ดร.อมร ไชยสัตย์
    • ชื่อ-นามสกุล (ภาษาอังกฤษ)รศ.ดร.Amorn Chaiyasat
    • ตำแหน่งทางวิชาการ-
    • ตำแหน่งปัจจุบันรองศาสตราจารย์
    • คณะ/หน่วยงานคณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
    • โทรศัพท์988263XXX
    • E-Mail Addresa_chaiyasat@mail.rmutt.ac.th
    • สาขาวิชาการที่มีความชำนาญpolymer colloids, controlled/living radical polymerization in dispersed systems
    อัพเดทล่าสุด
    07 ก.ค. 2565
    00232
    จำนวนคนดู
ข้อมูลโครงการงานวิจัย
ชื่อโครงการ การพัฒนาฟิล์มพลาสติกคัดกรองแสงทางเกษตรที่ผสมควอนตัมดอทจากผักตบชวา
ชื่อโครงการภาษาอังกฤษ Development of photoselective agricultural film with quantum dots from water hyacinth
หน่วยงาน คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
หัวหน้าโครงการ ผศ.กนกอร เวชกรณ์
ผู้ร่วมวิจัย
พี่เลี้ยง
ที่ปรึกษา
ปีงบประมาณ 2564
คำสำคัญ ควอนตัมดอท รังสีแกมมา ผักตบชวา ฟิล์มพลาสติกคัดกรองแสงทางเกษตร
บทคัดย่อ (ภาษาไทย)
บทคัดย่อ (ภาษาอังกฤษ)
หลักการและเหตุผล ผักตบชวา (water hyacinth) เป็นพืชที่เจริญอยู่บนผิวน้ำจัดเป็นประเภทลอยน้ำ มีชื่อทางวิทยาศาสตร์คือ Eichhornia crassipes (Mart.) Solm อยู่ในวงศ์ Pontederiaceae และอยู่ในสกุล Eichhornia มีลักษณะก้านใบกลมอวบน้ำ ตรงกลางพองออก ภายในเป็นช่องอากาศคล้ายฟองน้ำ ใบเป็นแบบใบเดี่ยวประกอบด้วยแผ่นใบและก้านใบ แผ่นใบมีลักษณะคล้ายรูปไตหรือคล้ายรูปหัวใจ ผักตบชวามีอัตราการเจริญเติบโตสูงมาก มีการสะสมมวลชีวภาพได้สูงถึง 20 กรัมน้ำหนักแห้งต่อตารางเมตรต่อวัน โดยมีอัตราการเจริญเติบโตสัมพัทธ์สูงสุดเท่ากับ 1.50% ต่อวัน ถ้าปล่อยให้ผักตบชวาเติบโตในแหล่งน้ำโดยเริ่มต้นจาก 500 กรัมน้ำหนักสดต่อตารางเมตร ในระยะเวลาเพียง 3 เดือนครึ่ง ผักตบชวาสามารถเจริญเติบโตและขยายพันธุ์ให้มวลชีวภาพสูงถึง 40,580 กรัมน้ำหนักสดต่อตารางเมตร ในระยะเวลา 1 ปี ผักตบชวาสามารถเจริญเติบโตให้มวลชีวภาพสูงอยู่ในช่วง 717 ตัน น้ำหนักแห้งต่อไร่ ดังนั้นการแพร่ระบาดอย่างนักจะก่อให้เกิดปัญหาแหล่งน้ำต่างๆ ทั่วประเทศและก่อผลเสียทางเศรษฐกิจสังคมและสิ่งแวดล้อม ได้แก่ ลดการไหลของน้ำลงประมาณ 40% ผักตบชวาที่จมลงใต้น้ำก่อให้เกิดอุปสรรคกับการระบายน้ำของฝายประตูระบายและอื่นๆ ทำให้ทางเดินของน้ำเกิดการตื้นเขินเร็วกว่าปกติ และทำให้เกิดน้ำท่วมในหน้าน้ำ แย่งเนื้อที่การเก็บกักน้ำของอ่างเก็บน้ำ ทำให้เก็บรักษาน้ำได้น้อยลงผักตบชวาที่ขึ้นหนาแน่นเป็นอุปสรรคแก่การเจริญเติบโตของปลาและการจับปลา เป็นที่อาศัยสัตว์ร้าย เช่น งูพิษ หนู ที่อาศัยอยู่บนแพผักตบชวา ก็อาจแพร่เชื้อโรคกาฬโรคได้ และผักตบชวาเป็นอุปสรรคสำคัญที่กีดขวางการสัญจรทางน้ำในแม่น้ำเป็นไปด้วยความลำบาก จากปัญหาดังกล่าว ในงานวิจัยนี้จึงนำผักตบชวามาเป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์ควอนตัมคาร์บอนดอท (quantum carbon dot) ที่มีอนุภาคขนาดเล็ก สำหรับการพัฒนาฟิล์มพลาสติกคัดกรองแสงทางเกษตร โดยสังเคราะห์จากการฉายรังสีแกมมา (gamma radiation) เนื่องจากผักตบชวามีปริมาณเซลลูโลส (Cellulose) 43-44% แอลฟ่าเซลลูโลส (a-Cellulose) 24% ลิกนิน (Lignin) 12-15% และเพนโตแซน (Pentosan) 14-15% ส่วนของผักตบชวาที่นำมาศึกษาคือ ใบผักตบชวาและก้านผักตบชวา เมื่อศึกษาลักษณะเส้นใยด้วยกล้องจุลทรรศน์กำลังขยาย 100 เท่า พบว่า เส้นใยของใบผักตบชวามีลักษณะเป็นเส้นใยเป็นท่อนสั้นๆ ขนาดใกล้เคียงกันและเส้นใยยาว ขนาดใหญ่ และเส้นใยของก้านผักตบชวาจะพบเส้นใยท่อนสั้นๆ จำนวนมาก คาร์บอนดอท (carbon dots, CDs) เป็นอนุภาคคาร์บอนในระดับนาโนเมตร ที่ได้รับความสนใจเป็นอย่างมากนับตั้งแต่ปี 2006 เนื่องจากเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่งจะทดแทนควอนตัมที่เป็นพิษ (QDs) ที่เตรียมขึ้น จากแม่แบบคาร์บอนของซิลิกอน (Si 100) ข้อดีของคาร์บอนดอท คือไม่เป็นพิษ ละลายน้ำได้ดี มีการเรืองแสงที่ชัดเจน มีความเสถียรทางแสง ราคาถูก พื้นที่ผิวจำเพาะสูง มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี และมีความเฉื่อยทางเคมี คาร์บอนดอทอินทรีย์ (Organic carbon dot) ที่ผลิตจากสารตั้งต้นอินทรีย์รวมถึงสารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ จะแสดงลักษณะเฉพาะอย่างที่เหมาะสมในการประยุกต์ใช้งานทางโฟโตอิเล็กทริค เมื่อเร็วๆนี้มีการพัฒนาที่สำคัญเกิดขึ้นในงานวิจัยของคาร์บอนดอทคือเป็นกลุ่มผลิตคาร์บอนดอทที่ทำจากกรดซิตริกและไดเอมีนเอทิลีน (Diamine ethylene) ที่มีค่าการเรืองแสงสูงถึง 80% การสังเคราะห์คาร์บอนดอทมีหลายวิธี ได้แก่ การสังเคราะห์สารโดยวิธีไฮโดรเทอร์มัล (Hydrothermal synthesis) เป็นวิธีการสังเคราะห์สารในตัวทำละลายที่เป็นน้ำในสภาวะที่ใช้อุณหภูมิและความดันสูง มีข้อเสียคือ ใช้อุปกรณ์ที่มีราคาสูง ต้องทำในสภาวะอุณหภูมิสูง และไม่สามารถทำปริมาตรมากๆ ได้ การสังเคราะห์อีกวิธีหนึ่งที่น่าสนใจ คือวิธีการฉายรังสีแกมมา รังสีแกมมาเป็นรูปแบบหนึ่งของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเกี่ยวข้องกับการปล่อยโฟตอนพลังงานสูงที่ความยาวคลื่นสั้น โฟตอนเหล่านั้นสามารถสร้างไอออไนเซชันจากผลิตภัณฑ์ได้ การฉายรังสีแกมมามีข้อดีต่างๆ เช่น สามารถเกิดปฏิกิริยาเคมีได้ที่อุณหภูมิไม่สูงได้ ไม่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ลดมลภาวะทางสิ่งแวดล้อม เนื่องจากมีการใช้สารเคมีน้อยมาก หรืออาจจะไม่ใช้เลยในบางปฏิกิริยา รวมทั้งไม่มีผลต่อรูปร่างของวัตถุ ในระหว่างที่โฟตอนพลังงานสูงกระทบกับวัสดุต่าง ๆ เช่น โพลีเมอร์หรือวัสดุนาโนคาร์บอน มีหลายกระบวนที่ซับซ้อนเกิดขึ้น เช่น การเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง (ปฏิกิริยาออกซิเดชัน ปฏิกิริยารีดักชัน หรือ ปฏิกิริยาการตัด) การทำลายพันธะ การเกิดอนุมูลอิสระ การเชื่อมระหว่างโมเลกุลหรือการตัดสายโซ่ เป็นต้น ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงมีจุดมุ่งหมายเป็นการสังเคราะห์ควอนตัมดอทจากก้านและใบผักตบชวา เนื่องจากผักตบชวาเป็นแหล่งเซลลูโลสสูง โดยกระบวนการฉายรังสีแกมมาที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ควอนตัมที่สังเคราะห์ได้มีคุณสมบัติทางแสงที่ดี กล่าวคือ สามารถดูดกลืนแสงในช่วงอัลตราไวโอเลต 200-300 นาโนเมตร และเกิดการเรืองแสงในช่วงที่ตามองเห็นในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 400-500 นาโนเมตร สามารถนำไปพัฒนาเป็นฟิล์มพลาสติกคัดกรองแสงทางเกษตรได้ โดยเนื้อฟิล์มจะผสมกับควอนตัมดอท เพื่อให้มีคุณสมบัติในการดูดซับแสงอาทิตย์ในช่วงอัลตราไวโอเลต ซึ่งแสงอัลตราไวโอเลตนี้มักก่อให้เกิดโรคพืชและการเสื่อมของฟิล์มการเกษตร กลายเป็นช่วงแสงที่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของพืช ก็คือ ช่วงแสงสีม่วง-ฟ้า (ความยาวคลื่น 400–480 นาโนเมตร) โดยความยาวคลื่นช่วงนี้จะช่วยเพิ่มอัตราการสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งจะสามารถเพิ่มผลิตผลทางการเกษตรได้
วัตถุประสงค์ 1) สังเคราะห์ควอนตัมดอทที่มีคุณสมบัติแสงที่ดีจากผักตบชวา โดยกระบวนการฉายรังสีแกมมา 2) พัฒนาฟิล์มพลาสติกคัดกรองแสงทางเกษตรที่มีควอนตัมดอทเป็นองค์ประกอบ ไปใช้ในโรงเรือนทางการเกษตร