แปลและเรียบเรียง โดย มาริสา คุณธนวงศ์

ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

pic1-800x420

ปัจจุบันน้ำที่ปนเปื้อนน้ำมันยังคงเป็นปัญหาที่ทั่วโลกให้ความสำคัญ เพราะในแต่ละปีมีการปล่อยน้ำมันลงสู่แหล่งน้ำถึงสองล้านตัน แน่นอนว่า นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกรวมทั้งผู้ที่รักษ์สิ่งแวดล้อมไม่ได้นิ่งนอนใจและพยายามพัฒนาวิธีต่างๆเพื่อช่วยกำจัดคราบน้ำมันให้ออกจากผิวน้ำที่ได้ผลดีที่สุด  

แต่อย่างไรก็ตาม ในอีกมุมหนึ่งยังมีผู้ที่ต้องการแยกน้ำออกจากน้ำมันเพื่อทำให้น้ำมันเชื้อเพลิงบริสุทธิ์ ดังนั้นทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบีย ประเทศแคนาดา จึงคิดค้นพัฒนาเมมเบรนฉลาดใช้ซ้ำได้ ราคาไม่แพง ที่สำคัญมันสามารถใช้แยกน้ำหรือน้ำมันได้ตามความต้องการและผลที่แยกได้นั้นยังเกือบบริสุทธิ์อีกด้วย

เมมเบรนฉลาด
ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดของตาข่ายทองแดงที่ผ่านกระบวนการทางอิเล็กโทรเคมีแล้ว (Credit: University of British Columbia)
เมมเบรนนี้ประกอบด้วยตาข่ายทองแดง ซึ่งมีโครงสร้างแบบแตกกิ่ง (dendritic structure) และรอบนอกของกิ่งทำจากคอปเปอร์ออกไซด์ (ดังภาพ) ภาพจาก https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.02.238

ในกระบวนการออกแบบเมมเบรน ทีมต้องนำมันไปผ่านกระบวนการทางอิเล็กโทรเคมีเพื่อให้มันสามารถแยกน้ำมันออกจากน้ำ และสลับไปแยกน้ำออกจากน้ำมันได้ง่ายๆ ด้วยการใช้แรงดันไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยจากถ่านอัลคาไลน์ ดังภาพด้านล่าง ซึ่งมันสามารถใช้แยกได้ทั้งน้ำมันเบา (light oil) และน้ำมันหนัก (Heavy oil) ได้ด้วย

ภาพซ้าย เป็นรูปแบบของการแยกน้ำมันออกจากน้ำ เมมเบรนจะอยู่ในสถานะที่แสดงสมบัติไม่ชอบน้ำยิ่งยวด (superhydrophobic) แต่ชอบน้ำมันยิ่งยวด superoleophilic ซึ่งเมื่อเทส่วนผสมระหว่างน้ำกับน้ำมันหนักลงบนเมมเบรน จะพบว่าน้ำมันหนักสามารถไหลผ่านเมนเบรนแต่เหลือไว้เฉพาะน้ำด้านบนเท่านั้น

ส่วนภาพขวา เป็นรูปแบบของการแยกน้ำออกจากน้ำมัน ในสถานะนี้มีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าปริมาณเล็กน้อยไม่เกิน 1.5 โวลต์ เมมเบรนก็จะเปลี่ยนสมบัติไปเป็นชอบน้ำยิ่งยวด (superhydrophilic)  แต่ไม่ชอบน้ำมันยิ่งยวด (superoleophobic) ซึ่งเมื่อเทส่วนผสมน้ำกับน้ำมันเบาลงบนเมมเบรน จะพบว่าน้ำสามารถไหลผ่านเมมเบรนแต่เหลือไว้เฉพาะน้ำมันเบาด้านบนเท่านั้น และเมื่อปล่อยเมมเบรนให้แห้ง เมมเบรนก็จะกลับไปอยู่ในสถานะเดิม

เมมเบรนเพียงแผ่นเดียว ทั้งง่ายและดีกว่าเดิม

แม้ว่าปัจจุบันจะมีวิธีแยกน้ำหรือน้ำมันด้วยวิธีอื่นก็ตาม เช่น การตักน้ำมันที่ลอยอยู่ด้านหน้าออก (skimming) การใช้วิธีเผาไหม้ หรือการใช้ตัวทำละลายก็ตาม แต่วิธีเหล่านี้ยังเป็นวิธีที่ยุ่งยาก มีต้นทุนที่สูงเกินไปและมีประสิทธิภาพที่ไม่ดีนัก

ส่วนการกรองแยกด้วยเมมเบรนชนิดอื่นก็พบว่า สารที่ใช้เคลือบบนเมมเบรนยังมีความไม่เสถียร รวมถึงมีความเป็นพิษอีกด้วย ดังนั้นน้ำและน้ำมันที่ได้จากการแยกด้วยเมมเบรนเหล่านี้จึงไม่บริสุทธิ์ และจำเป็นต้องทำให้บริสุทธิ์ด้วยกระบวนการอื่น

แต่สำหรับเทคโนโลยีที่ทีมคิดค้นขึ้นนี้เป็นวิธีการแยกน้ำมันและน้ำที่มีประสิทธิภาพกว่า 98 เปอร์เซ็นต์ได้ด้วยเมมเบรนเพียงแผ่นเดียว ทั้งยังเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ช่วยให้การบำบัดน้ำเสียในอุตสาหกรรม การทำน้ำมันเชื้อเพลิงให้บริสุทธิ์และการกําจัดคราบน้ำมัน ทำได้ง่ายขึ้นเพราะมันสามารถแยกน้ำออกจากน้ำมันที่มีความหนาแน่นและความหนืดต่างๆกันได้ และประหยัดค่าใช้จ่าย เพราะในกระบวนการใช้เพียงแรงดันไฟฟ้าในปริมาณเล็กน้อยและไม่จำเป็นต้องใช้สารเสริมใดๆ หรือกระบวนการใดๆเพิ่มเติม

 

 สนใจอ่านข้อมูลเพิ่มเติมที่

https://newatlas.com/smart-switchable-membrane/54795/

https://engineering.ubc.ca/spotlight/research/smart-membrane-a-new-weapon-against-oil-pollution

https://www.watercanada.net/ubc-develops-efficient-non-toxic-membrane-to-separate-oil-and-water/,

Applied Surface Science. Titled “On-demand oil-water separation via low-voltage wettability switching of core-shell structures on copper substrates,” the paper was co-authored by Kung, Beniamin Zahiri, Pradeep Kumar Sow and Mérida. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433218306020

Scroll Up