การเตรียมและลักษณะสมบัติของเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนชนิดไคโตซาน-ซีโอไลต์และพอลิซัลโฟน-ซีโอไลต์

Abstract

งานวิจัยนี้ได้เตรียมเมมเบรนคอมโพซิตอินทรีย์-อนินทรีย์จากพอลิเมอร์อินทรีย์สองชนิดคือ ไคโตซานและพอลิซัลโฟน โดยไคโตซานมีมวลโมเลกุล, ความหนืด และร้อยละการกำจัดหมู่แอซีทิลเท่ากับ 9.5x10⁵ ดอลตัล, 3,171±156 เซนติพอยส์ และ 90.6 ± 0.18 ตามลำดับ พอลิซัลโฟนมีน้ำหนักโมเลกุลเชิงจำนวนเท่ากับ 16,000 และสารอนินทรีย์คือซีโอไลต์เอมีอัตราส่วนของซิลิกาต่ออลูมินาประมาณ 1.1 เมมเบรนที่ศึกษาได้แก่ เมมเบรนไคโตซานเชื่อมขวางเมมเบรนไคโตซานเชื่อมขวาง-ซีโอไลต์เอ เมมเบรนไคโตซานเชื่อมขวาง-ซีโอไลตืเอชนิดโดป เมมเบรนพอลิซัลโฟน เมมเบรนซัลฟอเนเตดพอลิซัลโฟน เมมเบรนพอลิซัลโฟน-ซีโอไลต์เอ และเมมเบรนซัลฟอเนเตดพอลิซัลโฟน-ซีโอไลต์เอ การเชื่อมขวางเมมเบรนไคโตซานใช้สารละลายกรดซัลฟิวริกร้อยละ 4 โดยน้ำหนัก การโดปเมมเบรนใช้สารละลายกรดซัลฟิวริกร้อยละ 2 โดยน้ำหนักและใช้ซีโอไลต์เอในปริมาณร้อยละ 10-80 โดยน้ำหนัก สำหรับซัลฟอเนเตดพอลิซัลโฟนใช้ไทรเมทิลไซริลคลอโรซัลฟอเนต (TMSCS) เป็นสารซัลฟอเนชัน (sulfonating agent) พบว่าการเติมซีโอไลต์ ทำให้ค่าร้อยละการดูดซับน้ำ, ความสามารถในการแลกเปลี่ยนไอออน และค่าการนำโปรตอนเพิ่มขึ้น แต่ทำให้ค่าร้อยละการเปลี่ยนแปลงความหนา, ความสามารถทนแรงดึง และค่าการซึมผ่านแก๊สไฮโดรเจนลดลง เมมเบรนที่มีศักยภาพที่สุดคือ เมมเบรนไคโตซานที่เชื่อมขวางด้วยสารละลายกรดซัลฟิวริกเข้มข้นร้อยละ 4 โดยน้ำหนัก และเติมซีโอไลต์ร้อยละ 50 โดยน้ำหนักของไคโตซาน แสดงสมบัติ ความสามารถทนแรงดึง ค่าการซึมผ่านแก๊สไฮโดรเจน ณ อุณหภูมิห้องค่าการแลกเปลี่ยนไอออน และค่าการนำโปรตอน ณ อุณหภูมิห้อง เท่ากับ 53.3±0.6 เมกะปาสกาล,187.0±1.4 แบเรอร์, 5.24±0.03 มิลลิสมมูล/กรัม และ 5.1X10⁻²±0.6X10⁻³ ซีเมนส์/เซนติเมตร ตามลำดับ ขณะที่สมบัติข้างต้นของเมมเบรนเซลล์เชื้อเพลิงเชิงพาณิชย์เนฟิออน® 117 มีค่าเท่ากับ 36.0±1.5 เมกะปาสกาล, 1,014±23.0 แบเรอร์, 0.87±0.09 มิลลิสมมูล/กรัมและ 9.2X10⁻²±2.0X10⁻³ ซีเมนส์/เซนติเมตร ตามลำดับ การโดปด้วยสารละลายกรดซัลฟิวริกทำให้ได้ค่าการนำโปรตอนเทียบเท่ากับเมมเบรนเนฟิออน® 117 ทุกช่วงอุณหภูมิโดยทำให้ความสามารถทนแรงดึงลดลงเล็กน้อย และค่าการซึมผ่านแก๊สไฮโดรเจนสูงขึ้นเล็กน้อย