วัสดุดูดซับต้นทุนต่ำจากเยื่อเมล็ดมะขาม

ทางเลือกใหม่ในการบำบัดน้ำสีย้อมผ้าของโรงงานสิ่งทอ ด้วยการนำเยื่อของเมล็ดมะขามซึ่งเป็นวัสดุเศษเหลือการเกษตรมาใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตวัสดุดูดซับต้นทุนต่ำ เพื่อใช้แทนถ่านกัมมันต์ในการบำบัดน้ำเสียของโรงงานก่อนปล่อยสู่แหล่งน้ำสาธารณะ

อุตสาหกรรมการผลิตสิ่งทอเป็นหนึ่งในอุตสาหกรรมของประเทศไทยที่ก่อปัญหามลพิษทางน้ำค่อนข้างมาก เนื่องจากกระบวนการทางเคมีของการผลิตสิ่งทอ โดยเฉพาะสีที่ละลายอยู่ในน้ำทิ้งจากโรงงาน สีย้อมที่มีการใช้งานมากที่สุดในสิ่งทอคือสีรีแอกทีฟ และเป็นสีย้อมที่ยากจะกำจัดออกในขั้นตอนการบำบัดน้ำเสีย เนื่องจากเป็นสีที่มีโมเลกุลขนาดเล็ก มีความสามารถในการละลายน้ำสูง  โมเลกุลสีส่วนใหญ่เป็นสารประกอบประเภทที่ไม่สามารถบำบัดได้ด้วยเทคนิคการกรอง การตกตะกอนหรือการบำบัดทางชีวภาพได้ วิธีการบำบัดที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการกำจัดสีรีแอกทีฟ คือการใช้เทคนิคการดูดซับ(resin absorption) โดยวัสดุดูดซับที่นิยมใช้ คือ ถ่านกัมมันต์ซึ่งมีราคาแพงทำให้โรงงานมีต้นทุนในการบำบัดน้ำทิ้งสูง

ด้วยเหตุนี้ ผศ.ดร.พรทิพย์ ธูปถมพงศ์ และ ผศ.ดร.จันทร์ทิพย์ เศรษฐยานนท์ จากภาควิชาวิทยาการสิ่งทอ คณะอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ จึงทำการวิจัยและพัฒนาวัสดุดูดซับต้นทุนต่ำจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร เพื่อใช้ทดแทนการใช้ถ่านกัมมันต์ เป็นวิธีลดต้นทุนในการบำบัดน้ำสีของโรงงานทอผ้า

ก่อนหน้านี้คณะผู้วิจัยได้ทำการศึกษาเพื่อใช้ประโยชน์เมล็ดมะขามในงานสิ่งทอ โดยสามารถนำเนื้อในเมล็ดมะขามมาผลิตเป็นสารข้นเพื่อใช้ในการพิมพ์พิกเมนท์บนผ้าฝ้ายทดแทนสารข้นสังเคราะห์ในอุตสาหกรรมได้ รวมทั้งผลิตผงสีธรรมชาติของเมล็ดมะขามเพื่อใช้ในการย้อมบนผ้าฝ้าย ผ้าไหมและผ้าไหมอีรี่

มะขามหวานเป็นพืชเศรษฐกิจที่นำมาแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์อาหารต่างๆ ทำให้มีเมล็ดมะขามเป็นเศษวัสดุเหลือทิ้งจำนวนมาก จากการศึกษาลักษณะเยื่อเมล็ดมะขามเบื้องต้น พบว่า เยื่อของเมล็ดมะขามมีโครงสร้างที่เป็นรูพรุน จึงมีความเหมาะสมที่จะนำมาผลิตเป็นวัสดุดูดซับต้นทุนต่ำสำหรับการดูดซับสีรีแอกทีฟที่เหลือจากกระบวนการย้อมในโรงฟอกย้อม เป็นวัสดุจากธรรมชาติที่ไม่ก่อให้เกิดสารพิษก่อมะเร็งภายหลังการบำบัด ดังนั้นจึงได้ทำการวิจัยต่อยอดการใช้ประโยชน์จากเมล็ดมะขามเพื่ออุตสาหกรรมสิ่งทอ โดยการนำส่วนที่เหลือจากเมล็ดมะขาม คือ เยื่อของเมล็ดมะขามมาผลิตเป็นวัสดุดูดซับสีรีแอกทีฟจากโรงย้อมเพื่อบำบัดสีที่อยู่ในน้ำทิ้งจากระบวนการย้อมของโรงงาน เมล็ดมะขามประกอบด้วยเนื้อในเมล็ดมะขามร้อยละ 60 และเปลือกหุ้มเมล็ดมะขามร้อยละ 40 โดยน้ำหนัก ส่วนเปลือกหุ้มเมล็ดมะขามสามารถแยกออกเป็น 2 ส่วนคือ ส่วนละลายน้ำ และส่วนเยื่อหุ้มเมล็ดซึ่งไม่ละลายน้ำ โดยส่วนเยื่อหุ้มเมล็ดนี้มีลักษณะเป็นเยื่อที่มีรูพรุนของสารประเภทพอลิแซคคาไรด์ สามารถนำมาใช้เป็นวัสดุดูดซับสำหรับการบำบัดสีรีแอกทีฟในน้ำทิ้งที่มีราคาถูกกว่าการใช้ถ่านกัมมันต์ซึ่งโรงงานทอผ้าใช้กันอยู่ในปัจจุบัน และหลังจากใช้งานแล้ว ยังสามารถกำจัดโมเลกุลสีบนวัสดุดูดซับเพื่อนำวัสดุดูดซับนั้นกลับมาใช้งานใหม่ได้อีกด้วย

การเตรียมวัสดุดูดซับจากเยื่อหุ้มเมล็ดมะขาม โดยนำเมล็ดมะขามล้างน้ำให้สะอาดและอบแห้ง กะเทาะเปลือกหุ้มเมล็ดมะขามออกในไมโครเวฟเป็นเวลา 3 นาที นำเปลือกหุ้มเมล็ดมะขามมาต้มเพื่อแยกเอาเฉพาะเยื่อหุ้มเมล็ดมะขามออกจากองค์ประกอบอื่น กำจัดสีมะขามออกด้วยการแช่เยื่อหุ้มเมล็ดมะขามในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ จากนั้นฟอกเยื่อหุ้มเมล็ดมะขามด้วยไฮโดรเจนเปอร์ นำไปต้มที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 30 นาที เพื่อกำจัดไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ปรับค่า pH ให้เป็นกลางด้วยกรดอะซิติก นำไปอบให้แห้งและบดให้ละเอียด  ได้วัสดุดูดซับที่เตรียมได้จากเยื่อหุ้มเมล็ดมะขามมีลักษณะเป็นผงสีขาว

นำมาวิเคราะห์ปริมาณผนังเซลล์ เฮมิเซลลูโลส เซลลูโลสและลินิน วิเคราะห์ลักษณะพื้นผิวด้วยกล้องจุลทรรศน์ วิเคราะห์ขนาดและปริมาณรูพรุน พบว่า วัสดุดูดซับที่เตรียมขึ้นจากเยื่อหุ้มเมล็ดมะขามมีองค์ประกอบเป็นพอลิแซคคาไรด์น้ำหนักโมเลกุลต่ำมีขนาดของรูพรุนเฉลี่ยเท่ากับ 10.53 นาโนเมตร ปริมาณรูพรุนเฉลี่ยเท่ากับ 0.0093 ลูกบาศก์เซนติเมตรต่อกรัม และมีพื้นที่ผิวจำเพาะเฉลี่ยเท่ากับ 3.63 ตารางเมตรต่อกรัม

ผลการศึกษาประสิทธิภาพการดูดซับสีรีแอกทีฟของวัสดุดูดซับที่ผลิตได้ เปรียบเทียบประสิทธิภาพกับถ่านกัมมันต์ทางการค้า โดยการทดลองการดูดซับสีรีแอกทีฟ 6 ชนิดในน้ำทิ้งจากโรงย้อม ซึ่งแบ่งเป็น 2 กลุ่มสี คือ สีกลุ่ม Remazol 3 สี และสีกลุ่ม Procion  3 สี พบว่า ค่า pH ของสารละลายสีมีผลต่อการดูดซับ โดยค่า pH 2 เป็นค่าที่สามารถดูดซับสีรีแอกทีฟได้ดีที่สุด ใช้เวลาในการเข้าสู่สมดุลการดูดซับเท่ากับ 2 ชั่วโมง วัสดุดูดซับจากเมล็ดมะขาม มีประสิทธิภาพในการดูดซับสีรีแอกทีฟทั้ง 6 ชนิดสูงกว่าถ่านกัมมันต์ โดยสามารถดุูดซับสีกลุ่ม Procion ได้ดีกว่าสี Remazol วัสดุดูดซับ 1 กรัมสามารถดูดซับสี Procion Navy H-ER 150% (P-Blue) ได้สูงสุด คือ 29.43  มิลลิกรัมต่อลิตร และดูดซับสี Remazol Yellow 3RS-A 150% (R-Yellow) ได้ต่ำสุด เท่ากับ 9.35 มิลลิกรัมต่อลิตร นอกจากนี้ยังพบว่าเกลือซึ่งเติมเป็นสารช่วยย้อมและเหลืออยู่ในน้ำทิ้ง สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการดูดซับให้สูงขึ้นประมาณร้อยละ 16-20 และเมื่อทำการศึกษาผลการคายซับสีรีแอกทีฟของวัสดุดูดซับจากเยื่อเมล็ดมะขาม พบว่า สีรีแอกทีฟสามารถคายออกจากวัสดุดูดซับได้ดีในสารละลาย pH 7 ใช้ระยะเวลาในการเข้าสู่สมดุลการคายซับเท่ากับ 3 ชั่วโมง สามารถนำวัสดุดูดซับกลับมาใช้ซ้ำได้อีก

การนำเยื่อหุ้มเมล็ดมะขามมาใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตวัสดุดูดซับสีรีแอกทีฟต้นทุนต่ำ นับเป็นอีกงานวิจัยที่นำวัสดุเศษเหลือการเกษตรมาใช้ประโยชน์ในการบำบัดน้ำสีในโรงย้อมสิ่งทอ เป็นองค์ความรู้พื้นฐานที่สามารถนำไปประยุกต์ในการออกแบบระบบบำบัดน้ำเสียในโรงงานให้เกิดประสิทธิภาพเพื่อสิ่งแวดล้อมที่ดีต่อไป

ขอขอบคุณที่ท่านเข้ามาอ่านบทความวิจัยนี้ และขอความกรุณาสละเวลาตอบแบบสอบถามการให้บริการข้อมูล เพื่อการปรับปรุงต่อไปด้วย จะขอบคุณยิ่ง  

คลิกที่นี่เพื่อตอบแบบสอบถาม—> https://goo.gl/forms/hcBXc1080pJmdUmF3

 

 ผศ.ดร.พรทิพย์ ธูปถมพงศ์

ที่มาข้อมูล   : โครงการวิจัยทุนอุดหนุนวิจัย มก.

หัวหน้าโครงการ : ผศ.ดร.พรทิพย์ ธูปถมพงศ์

ภาควิชาวิทยาการสิ่งทอ

คณะอุตสาหกรรมเกษตร

มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

เรียบเรียง/สื่อเผยแพร่ :     วันเพ็ญ นภาทิวาอำนวย

ฝ่ายเผยแพร่งานวิจัย

สถาบันวิจัยและพัฒนาแห่ง มก.

โทร. 02 561 1474

e-mail : rdiwan@ku.ac.th