การบำบัดสีน้ำเสียสังเคราะห์เมลานอยดินโดยการตรึงอนุภาคนาโนซิงค์ออกไซด์เจืออะลูมิเนียมที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางแสงด้วยบีดลูกผสมพอลิไวนิลแอลกอฮอล์–อัลจิเนต

Abstract

Photocatalytic Decolorization of Synthetic Melanoidins Wastewater by Immobilized Al/ZnO Nanoparticles with PVA–Alginate Hybrid Beads
 
Saowakhon Suksabai, Piangjai Peerakiatkhajohn and Chulaporn Kamnerdpetch
 
รับบทความ: 21 มิถุนายน 2565; แก้ไขบทความ: 16 พฤศจิกายน 2565; ยอมรับตีพิมพ์: 7 ธันวาคม 2565; ตีพิมพ์ออนไลน์: 22 พฤษภาคม 2566 
 
บทคัดย่อ
การศึกษาวิจัยครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาประสิทธิภาพการบำบัดสีน้ำเสียสังเคราะห์เมลานอยดินโดยบีด PVA–Alginate–Al/ZnO beads (PA-Al/ZnO beads) ที่เตรียมจากการตรึงอนุภาคนาโนซิงค์ออกไซด์เจืออะลูมิเนียม (Al/ZnO NPs) ที่สังเคราะห์ด้วยวิธีโซล–เจลอย่างง่ายบนบีดลูกผสมพอลิไวนิลแอลกอฮอล์–อัลจิเนต (PA–beads) ทดสอบประสิทธิภาพการบำบัดสีน้ำเสียสังเคราะห์เมลานอยดินที่ความเข้มข้น 100 mg/L ภายใต้การกระตุ้นด้วยแสงรวมทั้งศึกษาลักษณะสัณฐานและองค์ประกอบของบีดทั้งก่อนและหลังการทดสอบประสิทธิภาพการบำบัดสีของอนุภาคนาโนซิงค์ออกไซด์เจืออะลูมิเนียม (Al/ZnO NPs) บีดที่ไม่มีการตรึงอนุภาคนาโน (PA–beads) และเม็ดบีดที่มีการตรึงอนุภาคนาโน (PA–Al/ZnO beads) ผลการศึกษาพบว่า Al/ZnO NPs มีลักษณะโครงสร้าง 2 มิติแบบนาโนชีต โดยมีขนาดเฉลี่ยอยู่ที่ 100–500 นาโนเมตร ในขณะที่เม็ดบีด PA-Al/ZnO มีลักษณะเป็นทรงกลมสม่ำเสมอ มีค่าเฉลี่ยเส้นผ่านศูนย์กลาง 5.35±0.21 มิลลิเมตร และมีการกระจายตัวที่ดีของธาตุ Al และ Zn ในบีดชนิดนี้ เมื่อทดสอบประสิทธิภาพการบำบัดสีน้ำเสียสังเคราะห์เมลานอยดินพบว่า PA–Al/ZnO beads ให้ประสิทธิภาพในการบำบัดสีที่สูงกว่า PA–beads อยู่ที่ร้อยละ 14 ในระยะเวลา 4 ชั่วโมง ภายใต้การกระตุ้นด้วยแสง เนื่องจากการตรึง Al/ZnO NPs ช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสมากขึ้น ร่วมกับปฏิกิริยาการเร่งด้วยแสงทำให้การดูดซับและการสลายสีเมลานอยดินดีขึ้น จากความสามารถในการดูดซับที่ขึ้นอยู่กับลักษณะทางโครงสร้าง ขนาด และพื้นที่ผิวดูดซับ อีกทั้งลักษณะของตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาการเร่งด้วยแสง ดังนั้น PA–Al/ZnO beads จึงเป็นทางเลือกหนึ่งของวัสดุดูดซับเนื่องจากเป็นวิธีการอย่างง่ายที่มีต้นทุนต่ำ และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมที่สามารถบำบัดสีน้ำเสียสังเคราะห์เมลานอยดินได้
คำสำคัญ:  พอลิไวนิลแอลกอฮอล์–อัลจิเนต  บีดลูกผสม  อนุภาคนาโนซิงค์ออกไซด์เจืออะลูมิเนียม  ปฏิกิริยาการเร่งด้วยแสง  เมลานอยดิน
 
Abstract
This research aimed to study the photocatalytic decolorization of synthetic melanoidins wastewater using PVA–Alginate–Al/ZnO beads (PA–Al/ZnO beads). PA–Al/ZnO beads were prepared by immobilized aluminum–doped zinc oxide nanoparticles (Al/ZnO NPs) which were synthesized by a simple sol–gel method on PVA–Alginate hybrid beads (PA beads). Morphology, ele-ments distribution, and the photocatalytic decolorization efficiency of 100 mg/L synthetic melanoidins wastewater by Al/ZnO NPs, PA–beads, and PA–Al/ZnO beads before and after decolorization efficiency were investigated. From the results of this study, it was found that the Al/ZnO NPs exhibited the formation of 2D nanosheet structure with an average size range of 100–500 nm, whereas the PA–Al/ZnO beads exhibited a uniform spherical shape which an average diameters was 5.35±0.21 mm. and were well distributed of Al and Zn elements in this beads. The decolorized efficacy of synthetic melanoidins wastewater, PA–Al/ZnO beads showed higher efficiency than PA–beads at 14% after 4 hours under the visible light irradiation. Due to the immobilization of Al/ZnO NPs increase the adsorption area and associated with photocatalytic reactions, enhancing the efficiency of melanoid degradation. The adsorption capacity depends on the structure, size, and adsorption surface area while the photocatalysis process mainly depended on the characteristics of the Al/ZnO NPs photocatalyst. Hence, the PA–Al/ZnO NPs beads can be a promising candidate as a simple, low cost and environmentally–friendly adsorbent and suitable photocatalyst for good–performance synthetic melanoidinss wastewater treatment applications.
Keywords:  PVA–Alginate, Hybrid beads, Al/ZnO nanoparticles, Photocatalytic, Melanoidins