ซูเปอร์ทราย

แปลและเรียบเรียงโดย
อรวรรณ สัมฤทธิ์เดชขจร
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

ท่านคิดว่าข่าวนี้มีประโยชน์มากน้อยเพียงใดสามารถแสดงความคิดเห็นได้จากระบบโวตข้างบนค่ะ

นักวิทยาศาสตร์ใช้นาโนเทคโนโลยีเปลี่ยนทรายที่มีอยู่ทั่วไปให้กลายเป็นซูเปอร์ทรายที่มีสมบัติเทียบเท่ากับตัวกรองถ่านกัมมันต์ชนิดคอมเมอร์เชียลเกรด สามารถดูดซับสารปนเปื้อนในน้ำ เช่น สารปรอท และสี ได้นานกว่าทรายทั่วไปถึง 5 เท่า ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างมากต่อประชากรหลายพันล้านคนในประเทศที่ขาดแคลนน้ำดื่มที่สะอาด

ทรายเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่มีมากมายและมีการใช้อย่างกว้างขวางในกระบวนการทำน้ำประปาไปจนถึงการกรองน้ำใช้ภายในครัวเรือน หากย้อนกลับไปดูประวัติศาสตร์พบว่า มีการใช้ทรายเพื่อกรองน้ำให้สะอาดตั้งแต่ 6,000 ปีที่แล้ว และปัจจุบันวิธีการนี้ก็ได้รับการยอมรับอย่างเป็นทางการจากองค์การอนามัยโลก (WHO-World Health Organization)

การแบ่งทรายสำหรับกรองแบ่งอย่างกว้างๆ ได้ 2 ประเภท คือ ทรายละเอียด (fine-Sand Filtration, fine-SF) และทรายหยาบ (coarse-Sand Filtration, coarse-SF) ทรายละเอียดสามารถกักเก็บจุลชีพ สารอินทรีย์ และไอออนของโลหะหนักได้ดี แต่น้ำจะไหลผ่านได้ช้า ในขณะที่ ทรายหยาบจะไม่สามารถกักเก็บจุลชีพ สารอินทรีย์ และไอออนของโลหะหนักได้ แต่น้ำสามารถไหลผ่านได้เร็ว ดังนั้น วิธีการกรองน้ำให้สะอาดด้วยทรายธรรมดาจึงไม่ใช่เรื่องง่ายนัก

ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยไรซ์ (Rice University) รัฐเทกซัส ประเทศสหรัฐอเมริกา และมหาวิทยาลัยโมนาช (Monash University) รัฐวิกตอเรีย ประเทศออสเตรเลียจึงร่วมกันพัฒนาวิธีการเปลี่ยนทรายที่มีอยู่ทั่วไปให้เป็นทรายที่มีสมบัติพิเศษ หรือซูเปอร์ทราย โดยการเคลือบผิวของทรายหยาบด้วยแกรไฟต์ออกไซด์ (Graphite Oxide, GO) ด้วยการผสมแกรไฟต์ออกไซด์และเม็ดทรายในน้ำ จากนั้นจึงให้ความร้อนในเตาสุญญากาศที่อุณหภูมิ 150 องศาเซลเซียส นาน 2 ชั่วโมงเพื่อให้น้ำระเหยไป ทำให้ได้ทรายที่มีสมบัติดีกว่าเดิม คือ นอกจากจะสามารถกำจัดสารปนเปื้อนในน้ำได้ดีแล้ว น้ำยังสามารถไหลผ่านได้อย่างรวดเร็วอีกด้วย

การเคลือบแกรไฟต์ออกไซด์บนผิวทราย

ศาสตราจารย์ ดร.Ajayan และผู้ร่วมวิจัยจากออสเตรเลียได้ทำการเปรียบเทียบประสิทธิภาพระหว่างซูเปอร์ทรายกับทรายทั่วไป และถ่านกัมมันต์ที่ใช้ในระบบกรองของเทศบาลและครัวเรือน พวกเขาทดลองกรองสารละลายที่มีสารปรอทเข้มข้น 400 ppb (parts per billion) และสีโรดามีนบี (Rhodamine B dye) เข้มข้น 10 ppm (parts per million) ผ่านคอลัมน์ที่มีทรายบรรจุอยู่ พบว่าทรายหยาบทั่วไปสามารถดูดซับปรอทจนอิ่มตัวได้นาน 10 นาที ในขณะที่ทรายเคลือบแกรไฟต์ออกไซด์สามารถดูดซับได้นานถึง 50 นาที และน้ำที่ผ่านจากทรายนี้มีสารปรอทหลงเหลือเพียง 1 ppb (ระดับสูงสุดของปรอทที่ปนเปื้อนในน้ำดื่มที่สำนักงานปกป้องสิ่งแวดล้อม (The Environmental Protection Agency-EPA) กำหนดไว้คือ 2 ppb) ส่วนผลการทดสอบกับน้ำที่ปนเปื้อนสีโรดามีนบีก็เป็นเช่นเดียวกัน และ เมื่อเปรียบเทียบกับถ่านกัมมันต์ประสิทธิภาพก็เทียบเท่า

                      น้ำตัวอย่างที่ปนเปื้อนสารปรอทและสี                                                  คอลัมน์ที่มีทรายบรรจุ

นอกจากนี้ ยังมีการพัฒนาแกรไฟต์ออกไซด์ให้สามารถใช้ประโยชน์ได้มากขึ้นโดยการใส่หมู่ฟังก์ชันต่างๆ เข้าไปบนแกรไฟต์ออกไซด์ เพื่อเพิ่มศักยภาพในการกำจัดสารปนเปื้อน หรือจำเพาะเจาะจงกับสปีชีส์ของสารปนเปื้อน เช่น สารหนู ไตรคลอโรเอทิลีน เป็นต้น

การใส่หมู่ฟังก์ชั่นต่างๆ บนแกร์ไฟต์ออกไซด์ (functionalize graphite oxide shell)

หากท่านใดสนใจข่าวนี้สามารถอ่านเพิ่มเติมจาก "Engineered Graphite Oxide Materials for Application in Water Purification" ACS Appl. Mater. Interfaces, 2011, 3 (6), pp 1821–1826 DOI: 10.1021/am200300u

แหล่งข่าวและรูปภาพ
1. http://www.physorg.com/news/2011-06-super-sand-purification.html
2. http://www.bbc.co.uk/news/business-13895077
3. http://portal.acs.org/portal/acs/corg/content?_nfpb=true&_pageLabel=PP_ARTICLEMAIN&node_id=223&content_id=CNBP_027526&use_sec=true&sec_url_var=region1&__uuid=f715a6dd-bb41-4b40-9c1d-b21d4d41f873