ข้อมูลงานวิจัย นวัตกรรมพอลิเมอร์ไฮโดรเจลย่อยสลายได้/เข้ากันได้ทางชีวภาพสำหรับการปลดปล่อยปุ๋ย

ข้อมูลส่วนตัว
    • ชื่อ-นามสกุล (ภาษาไทย)รศ.ดร.ฉัตรชัย พลเชี่ยว
    • ชื่อ-นามสกุล (ภาษาอังกฤษ)รศ.ดร.Chatchai Ponchio
    • ตำแหน่งทางวิชาการ-
    • ตำแหน่งปัจจุบันรองศาสตราจารย์
    • คณะ/หน่วยงานคณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
    • โทรศัพท์0873629XXX
    • E-Mail Addresc_ponchio@hotmail.com, chatchai@rmutt.ac.th
    • สาขาวิชาการที่มีความชำนาญเทคนิคโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลซีส เทคโนโลยีฟิล์มบาง เคมีไฟฟ้า สเปกโตรโฟโตเมตรี
    อัพเดทล่าสุด
    07 ก.ค. 2565
    00056
    จำนวนคนดู
ข้อมูลโครงการงานวิจัย
ชื่อโครงการ นวัตกรรมพอลิเมอร์ไฮโดรเจลย่อยสลายได้/เข้ากันได้ทางชีวภาพสำหรับการปลดปล่อยปุ๋ย
ชื่อโครงการภาษาอังกฤษ Innovative biodegradable/biocompatible polymer hydrogel for release fertilizers
หน่วยงาน คณะเทคโนโลยีการเกษตร
หัวหน้าโครงการ
ผู้ร่วมวิจัย
พี่เลี้ยง
ที่ปรึกษา
ปีงบประมาณ 2562
คำสำคัญ ไฮโดรเจล ปลดปล่อยปุ๋ย เซลลูโลส คาร์บอกซีเมทิลเลชัน
บทคัดย่อ (ภาษาไทย)
บทคัดย่อ (ภาษาอังกฤษ)
หลักการและเหตุผล ประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรม ซึ่งในแต่ละปีมีการส่งออกผลิตผลทางการเกษตรเป็นจำนวนมาก สามารถสร้างรายได้ให้กับประเทศและเกษตรกรเป็นจำนวนมหาศาล โดยในแต่ละพื้นที่มีการเพาะปลูกพืชเศรษฐกิจที่สำคัญหลายชนิดขึ้นอยู่กับลักษณะภูมิประเทศ พืชที่มีการเพาะปลูกจำนวนมาก เช่น ข้าว อ้อย มันสำปะหลัง และยางพารา เป็นต้น รวมทั้งธุรกิจการตกแต่งสวน เช่นการเพาะปลูกไม้ดอกและไม้ประดับที่อยู่ในกระถางต้นไม้ แต่การปลูกพืชซ้ำ ๆ เป็นระยะเวลานานหรือในพื้นที่จำกัดเช่นกระถาง ทำให้ปริมาณแร่ธาตุอาหารของพืชที่มีอยู่ในดินลดลงอย่างรวดเร็ว จำเป็นต้องมีการใช้ปุ๋ยเพื่อบำรุงดินและเพิ่มผลผลิต เนื่องจากปุ๋ยเป็นแร่ธาตุหรือสารอาหารเสริมที่เพิ่มเติมให้กับดินให้เพียงพอต่อความต้องการของพืช เพื่อช่วยให้พืชสามารถเจริญเติบโตได้ อย่างไรก็ตาม การใช้ปุ๋ยโดยตรงพบว่าจะมีการปลดปล่อยแร่ธาตุให้แก่พืชในอัตราที่เร็วเกินไป เกิดการสลายตัวเนื่องจากสภาวะแวดล้อม ทำให้เกษตรกรมีการใช้ปุ๋ยในปริมาณที่มากจนเกินความจำเป็น และอาจทำให้เกิดความเสียหายแก่พืชเมื่อพืชต้องสัมผัสกับปุ๋ยโดยตรง ถึงแม้ว่าในปัจจุบันจะมีการส่งเสริมการใช้ปุ๋ยอินทรีย์มากขึ้น แต่ก็ยังมีความต้องการใช้ปุ๋ยเคมีในการเพาะปลูกเป็นจำนวนมาก หากสามารถใช้ปุ๋ยเคมีได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยควบคุมการปลดปล่อยของปุ๋ยได้ตามระยะเวลาที่ต้องการ และยืดระยะเวลาการออกฤทธิ์ น่าจะช่วยลดค่าใช้จ่ายของเกษตรกรได้ ซึ่งวิธีการควบคุมการปลดปล่อยปุ๋ยวิธีหนึ่ง คือ การกักเก็บปุ๋ยในพอลิเมอร์ไฮโดรเจล (hydrogels) ไฮโดรเจลเป็นพอลิเมอร์เจลที่สามารถดูดซับน้ำได้ในปริมาณที่มาก โดยผลิตจากพอลิเมอร์ชนิดมีขั้วสายโซ่ตรงหรือกิ่งก้านเชื่อมร่างแหกัน ทำให้สามารถดูดน้ำได้ในมาก (มากกว่า 100 กรัมของน้ำต่อ 1 กรัมของไฮโดรเจล) นิยมนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น ใช้เป็นกระดาษดูดซับน้ำ ผ้าทำความสะอาด และรวมถึงการนำไปใช้เป็นวัสดุดูดซับน้ำและปุ๋ยทางการเกษตร[1-3] ในปัจจุบัน ไฮโดรเจลที่ผลิตและจำหน่ายในท้องตลาด ส่วนใหญ่จะผลิตมาจากมอนอเมอร์ที่ได้จาก อุตสาหกรรมปิโตรเคมี เช่น ผลิตจากการเชื่อมร่างแหของโคพอลิเมอร์ระหว่างพอลิอะคริลิค แอซิด (polyacrylic acid; PAA) กับพอลิอะคริลามายด์ (polyacrylamide)[3] ซึ่งถือว่าเป็นวัสดุที่ใช้แล้วหมดไปและไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเช่นเดียวกับพอลิเมอร์ที่ใช้ในผลิตภัณฑ์ต่างๆ โดยพอลิเมอร์เหล่านี้ มีความคงทนและสลายตัวได้ยาก อาจใช้เวลาในการสลายตัวหลายร้อยปี ดังนั้น การที่มีการใช้พอลิเมอร์ที่ไม่สามารถย่อยสลายได้เป็นจำนวนมากในปัจจุบันจึงหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จะมีพอลิเมอร์ตกค้างในสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะพอลิเมอร์ขนาดเล็ก ที่เรียกว่า “ไมโครพลาสติก (microplastic) หรือไมโครบีด (microbead)” ซึ่งเกิดจากการฉีกขาดของขยะพอลิเมอร์หรือพลาสติกขนาดใหญ่ หรือเกิดจากการตกค้างมาจากขยะของผลิตภัณฑ์ที่มีอนุภาคพอลิเมอร์ผสมอยู่ภายในเช่นเครื่องสำอาง สีและสิ่งทอเป็นต้น ในช่วงไม่นานมานี้ กำลังเป็นปัญหาต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมาก เนื่องจากมีขนาดเล็กในระดับไมโครเมตร จึงสามารถตกค้างและถ่ายเทลงสู่แหล่งน้ำต่างๆดังที่พบรายงานจากทั่วโลก[4-15] โดยการตกค้างของไมโครพลาสติกเหล่านี้กำลังเป็นปัญหาสำคัญเนื่องจากสามารถเข้าไปอยู่ในพืชและสัตว์ทะเล แล้วสามารถกลับมาสู่ร่างกายมนุษย์เมื่อมีการบริโภคอาหารทะเล ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าพลาสติกเป็นสารกลุ่มอินทรีย์ที่ส่วนใหญ่มีความเป็นพิษสูง[5, 9, 13, 14, 16] ในปัจจุบัน ได้มีการส่งเสริมและพัฒนางานวิจัยที่นำพอลิเมอร์ที่มาจากสารชีวภาพมาใช้เพิ่มมากขึ้นตามนโยบายของรัฐบาล เนื่องจากพลาสติกหรือพอลิเมอร์กลุ่มนี้เป็นสารที่สามารถย่อยสลายได้เองตามธรรมชาติ เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และที่สำคัญสามารถผลิตขึ้นมาใช้ได้ใหม่ตลอด เซลลูโลสถือว่าเป็นพอลิเมอร์ชีวภาพที่สำคัญชนิดหนึ่งที่มีมากในธรรมชาติ เนื่องจากเซลลูโลสแต่ละสายโซ่สามารถเชื่อมต่อกับสายโซ่อื่นด้วยพันธะไฮโดรเจนทำให้มีความเป็นผลึกสูงและมีความแข็งแรงสูง เซลลูโลสเกิดจากการเชื่อมต่อของกลูโคส (มอนอเมอร์) แต่ละหน่วยเป็นสายโซ่ยาวโดยผ่าน ?-configuration ระหว่างคาร์บอนตำแหน่งที่ 1 และคาร์บอนตำแหน่งที่ 4 ของหน่วยที่อยู่ติดกัน โครงสร้างของเซลลูโลสแสดงดังรูปที่ 1 ในการผลิตเซลลูโลสสามารถผลิตจากพืชต่างๆ เช่น ชานอ้อย [17] เปลือกมะละกอและแป้งข้าวโพด [18] หรือการผลิตเซลลูโลสที่มีความบริสุทธิ์สูงสามารถทำได้โดยการสังเคราะห์โดยใช้แบคทีเรีย ซึ่งเซลลูโลสที่ได้เรียกว่า แบคทีเรียเซลลูโลส (bacteria cellulose)[19, 20] โปรดดูรูปภาพในไฟล์แนบ หากสามารถนำเซลลูโลสมาเตรียมเป็นไฮโดรเจลในการกักเก็บปุ๋ยโดยการดูดซับปุ๋ยไว้ภายใน น่าจะสามารถควบคุมการปลดปล่อยของปุ๋ยได้ เนื่องจากไฮโดรเจลมีลักษณะเป็นวุ้นที่อุ้มปุ๋ยเอาไว้ เมื่อนำไปไว้ในกระถางต้นไม้หรือพื้นดินน่าจะสามารถควบคุมการปลดปล่อยสารอาหารให้กับพืชอย่างสม่ำเสมอ โดยรากของพืชสามารถแทรกเข้าไปในไฮโดรเจลได้ง่าย ทำให้พืชสามารถรับสารอาหารอย่างค่อยเป็นค่อยไป ลดความเสี่ยงต่อพืชในการรับสารอาหารในปริมาณที่มากเกินไป [5-7] ป้องกันการสลายตัวของปุ๋ย และป้องกันการเกิดปฏิกิริยากับสิ่งแวดล้อม ซึ่งจะช่วยลดปริมาณการใช้ปุ๋ยเกินความจำเป็น ลดต้นทุนในการทำเกษตรกรรม นอกจากนี้การนำพอลิเมอร์ที่สลายตัวทางชีวภาพได้มาใช้ยังเป็นการเพิ่มมูลค่าแก่ผลผลิตทางการเกษตรของประเทศตามนโยบายของรัฐบาลได้อีกทางหนึ่ง
วัตถุประสงค์ 1. เพื่อศึกษาการเตรียมไฮโดรเจลโดยใช้เซลลูโลสเป็นองค์ประกอบหลัก 2. เพื่อศึกษาการกักเก็บและปลดปล่อยปุ๋ยของไฮโดรเจลที่ใช้เซลลูโลสเป็นองค์ประกอบหลัก