การสังเคราะห์และศึกษาสมบัติของไฮโดรเจลที่สามารถดูดซับน้ำได้มากสำหรับการประยุกต์ใช้กำจัดโลหะหนัก

โครงการวิจัยนี้ได้เตรียมไฮโดรเจลชนิดใหม่จำนวน 2 ชนิด คือ ชนิดโครงร่างตาข่ายทั่วไปและโครงร่างตาข่ายแบบแทรกสอด (IPN) เป็นผลสำเร็จ เพื่อให้สามารถดูดซับน้ำได้มากและแข็งแรงคงทน โดยสังเคราะห์ผ่านปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซซั่นแบบฟรีเรดิคอลจากมอนอเมอร์ของสารจำพวกอะไครเลท/มอนอเมอร์ของไวนิลแอลกอฮอล์ และใช้สารเชื่อมขวางชนิดสองหมู่ฟังก์ชันที่แตกต่างกันและในสัดส่วนต่าง ๆ กัน เพื่อให้ได้ไฮโดรเจลที่มีคุณสมบัติเหมาะสมในการกำจัดโลหะหนัก พร้อมทั้งได้ทำการพิสูจน์เอกลักษณ์และทดสอบสมบัติทางกายภาพต่าง ๆ ของไฮโดรเจล รวมไปถึงการดูดซับโลหะต่าง ๆ สำหรับชนิดโครงร่างตาข่ายแบบทั่วไปได้เตรียมไฮโดรเจลจากมอนอเมอร์ acrylamide (AAm)/2-acrylamidogylcolic acid (AAGA)/2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AMPS) โดยใช้ K2S2O8 เป็นตัวริเริ่มปฏิกิริยาและใช้มีทิลีนบีสอะไครละไมด์ (MBA) และ/หรือเอทิลีนไกลคอลไดมีทาไคเลต (EGDM) เป็นสารเชื่อมไขว้จาก ATR FTIR spectra ของไฮโดรเจลพบว่าแสดงพีคที่ 3,326 1,638 และ 1,041 cm-1 ซึ่งเป็นของหมู่ฟังก์ชัน N-H (st) และ O-H (st), C=O (st) ตามลำดับ จากภาพถ่าย SEM พบว่า ลักษณะพื้นผิวของไฮโดรเจลเป็นรูพรุน/ร่องขดเรียงตัวกันเป็นระเบียบ และจาก DSC curves ของไฮโดรเจล พบว่า ไฮโดรเจลแสดงอุณหภูมิ Tg, Tc, Tm และ Td ที่อุณหภูมิประมาณ 69-73, 200, 265-300 และ 400 องศาเซลเซียส ตามลำดับ ซึ่งชี้ว่าสามารถใช้งานที่อุณหภูมิสูงได้ จากการศึกษาการดูดซับน้ำของไฮโดรเจลพบว่า สามารถดูดซับน้ำได้อยู่ในช่วง 6-40 เท่าของน้ำหนักไฮโดรเจล และไฮโดรเจลที่เตรียมจาก AAm/AAGA/AMPS (4% w/v) + EGDM ให้ค่า % mass swelling สูงถุง 4,031% เมื่อนำไปประยุกต์ใช้ในการดูดซับไอออนโลหะพบว่า ไฮโดรเจลสามารถดูดซับ Cu(II) ได้ 239.8 mg/g dry gel ที่สารละลาย Cu(II) เข้มข้น 1,000 ppm นอกจากนี้ยังพบว่าสารละลาย Cu(II) มีความเข้มข้น 0-4,000 ppm ไม่ทำให้ประสิทธิภาพการดูดซับไอออน Cu(II) ของไฮโดรเจลลดลง ดังนั้น ไฮโดรเจลจึงน่าจะมีค่า metal uptake capacity สูงกว่า 4,000 ppm
สำหรับไฮโดรเจลแบบโครงร่างตาข่ายแบบแทรกสอดเตรียมจากปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซซันแบบฟรีแรดิคัลของ poly(acrylamide-co-2-hydroxyethyl methacrylate)/poly(vinyl alcohol) (P(AM-co-HEMA)/PVA) โดยใช้ (NH4)2S2O8 เป็นตัวริเริ่มปฏิกิริยา และสารเชื่อมขวาง 2 ชนิด คือ เอทิลีนไกลคอลไดมีทาไคเลต (EGDM) และกลูตาเลาแอลดีไฮด์ (GA) จากการศึกษา ATR-FTIR spectra พบว่าแสดงพีคที่ 3385, 1670 และ 1073 cm-1 ซึ่งเป็นของหมู่ฟังก์ชัน N-H (st) และ O-H (st), C=O (st) และ C-O (st) ตามลำดับ และจาก DSC curves พบว่า ไฮโดรเจลแสดงอุณหภูมิ Tg และ Tm ที่ช่วงอุณหภูมิ 73-75 และ 178-187 องศาเซลเซียส และพบว่ามี Tg เพียงตำแหน่งเดียวซึ่งชี้บ่งว่าตาข่ายพอลิเมอร์แบบแทรกสอดสามารถเข้ากันได้ดี จาก XRD patterns ทำให้ทราบถึงลักษณะโครงสร้างของแผ่นไฮโดรเจลฟิล์มที่เป็นอสัญฐาน และจากการศึกษาการดูดซับน้ำของไฮโดรเจล พบว่า สามารถดูดซับน้ำได้อย่างรวดเร็ว โดยตัวอย่างไฮโดรเจล 10%HEMA และ 90%HEMA แสดงการดูดซับน้ำได้มากและน้อยที่สุดตามลำดับ นอกจากนี้ไฮโดรเจลชนิดโครงร่างตาข่ายแบบแทรกสอดยังมีพฤติกรรมการดูดซับน้ำที่ต่างกันที่ pH 4 และ pH 10 การศึกษาคุณสมบัติเชิงกลของไฮโดรเจลฟิล์ม พบว่า มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีมากโดยมีค่า Tensile Strength และ Young’s Modulus อยู่ในช่วง 3-8 MPa และ 144-244 MPa ตามลำดับ สำหรับการศึกษาการกำจัดไอออนของโลหะ Cu(II), Cd(II) และ Fe(III) จากสารละลายด้วยไฮโดรเจลที่เตรียมจาก (P(AM-co-HEMA)/PVA) ภายใต้สภาวะที่มีการแข่งขันและไม่แข่งขัน ผลการทดลองพบว่า การดูดซับไอออนของโลหะ Cu(II), Cd(II) และ Fe(III) ภายใต้สภาวะที่ไม่มีการแข่งขันที่ความเข้มข้นของสารละลาย 1,000 ppm ดูดซับไอออนโลหะอยู่ในช่วง 160-210, 430-490 และ 150-550 mg/g dry gel ตามลำดับ และ % desorption ของไอออนของโลหะ Cu(II), Cd(II) และ Fe(III) มีค่าสูงสุดเท่ากับ 8.0%, 23.2% และ 8.6% ตามลำดับ สำหรับการดูดซับไอออนโลหะ Cu(II), Cd(II) และ Fe(III) ภายใต้สภาวะที่มีการแข่งขันที่ความเข้มข้นของสารละลายโลหะผสม 0.5 mmolL-1 ดูดซับไอออนโลหะอยู่ในช่วง 3.0-5.0, 17-29 และ 29-31 mg/g dry gel ตามลำดับ การศึกษานี้พบว่าไฮโดรเจลมีศักยภาพในการนำไปใช้ดูดซับโลหะหนักจากน้ำเสียอุตสาหกรรม