การศึกษาสมบัติการเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงของพอลิออกโซเมทาเลทบนตัวรองรับไทเทเนียที่สังเคราะห์ด้วยวิธีไฮโดรเทอร์มอล

Abstract

งานวิจัยนี้ได้ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาพอลิออกโซเมททาเลทบนท่อไทเทเนตขนาดนาโนเมตรด้วยวิธีไฮโดรเทอร์มอล โดยศึกษาประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยาการเสื่อมสลายสีย้อมเมธิลลีนบลูภายใต้รังสียูวี งานวิจัยนี้เลือกใช้กรดซิลิโกทังสติคเป็นตัวแทนของพอลิออกโซเมทาเลทและศึกษาปัจจัยในการสังเคราะห์ที่มีผลต่อคุณสมบัติเฉพาะตัวของตัวเร่งปฏิกิริยา ได้แก่ อุณหภูมิและเวลาที่ใช้ในกระบวนการไฮโดรเทอร์มอล ความเข้มข้นของสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่ใช้เป็นตัวทำละลาย และอัตราส่วนโดยมวลของพอลิออกโซเมทาเลทต่อไทเทเนียมไดออกไซด์ การศึกษาสัณฐานภายนอกของตัวเร่งปฏิกิริยาพอลิออกโซเมทาเลทบนตัวรองรับไทเทเนียพบว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาที่สังเคราะห์ที่อุณหภูมิ 150 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 72 ชั่วโมง และใช้สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้น 10 โมลาร์เป็นตัวทำละลาย มีรูปร่างเป็นทรงกระบอกขนาดนาโนเมตรมีพื้นที่ผิวบีอีทีประมาณ 170 ตารางเมตรต่อกรัม เพิ่มขึ้นจากไทเทเนียมไดออกไซด์ ที่ใช้เป็นสารตั้งต้นประมาณ 10 เท่า และเมื่อใช้อุณหภูมิและเวลาในการไฮโดรเทอร์มอลสูงขึ้น รูปร่างของตัวเร่งปฏิกิริยาจะมีขนาดใหญ่ขึ้น โดยทรงกระบอกขนาดนาโนเมตรจะรวมตัวกันเป็นไฟเบอร์ที่มีลักษณะตัน ทำให้ปริมาณพื้นที่ผิวบีอีทีลดลง อย่างไรก็ตามพื้นที่ผิวบีอีทีของตัวเร่งปฏิกิริยาที่สังเคราะห์ได้มีปริมาณน้อยกว่าท่อไทเทเนตที่สังเคราะห์โดยปราศจากพอลิออกโซเมทาเลทอาจเนื่องมาจากโมเลกุลของทังสเตนและซิลิกอนเข้าไปแทนที่พื้นที่ผิวบีอีที ซึ่งเมื่อเพิ่มอัตราส่วนโดยมวลระหว่างพอลิออกโซเมทาเลทและไทเทเนียมไดออกไซด์จาก 1 : 1 เป็น 2 : 1 ปริมาณพื้นที่ผิวบีอีทีและปริมาตรโดยรวมของรูพรุนมีค่าเพิ่มขึ้น จากการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของตัวเร่งปฏิกิริยาพบว่าสภาวะในการสังเคราะห์ที่มีความเป็นด่างสูงได้ทำลายโครงสร้างโมเลกุลของพอลิออกโซเมทาเลทให้แตกตัวเป็นโมเลกุลที่มีขนาดเล็กลง ซึ่งจากการวิเคราะห์ด้วยภาพถ่าย SEM และ TEM แสดงให้เห็นว่าโมเลกุลของทังสเตนและซิลิกอนที่เกิดขึ้นอาจแทรกตัวเข้าไปอยู่ในโครงสร้างของท่อไทเทเนตขนาดนาโนเมตร และจากการทดสอบการเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงพบว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาท่อไทเทเนตที่มีทังสเตนและซิลิกอนเป็นส่วนประกอบมีประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยาการเสื่อมสลายสีย้อมเมธิลลีนบลูได้ดีเทียบเท่ากับไทเทเนียเฟสอนาเทสและดีกว่าท่อไทเทเนตนาโนทิวป์ที่ไม่มีทังสเตนและซิลิกอนเป็นส่วนประกอบอยู่ภายในโมเลกุล