MOF สารเคมีรักษ์โลก ดักจับสารพิษในอากาศ เปลี่ยนเป็นน้ำยาสำหรับงานอุตสาหกรรม

data-ad-format="auto" data-full-width-responsive="true"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

วันที่ 22 พฤศจิกายนที่ผ่านมา มีรายงานการวิจัยจาก Nature Chemistry ได้ทำการทดลองใช้สารในกลุ่มที่เรียกว่า Metal-organic framework material (MOF) เรียกง่าย ๆ ว่าเป็นกรงขังโมเลกุล เพื่อดักจับแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์ (Nitrogen dioxide – NO2) ในอากาศ และนำมาเปลี่ยนเป็นสารเคมีที่เป็นประโยชน์ในด้านอุตสาหกรรม

MOF
MOF

ก่อนอื่นผมขอพาผู้อ่านทำความรู้จักกับ Metal-organic framework material (MOF) สักเล็กน้อยก่อนนะครับ สารชนิดนี้เป็นสารประกอบเคมี ที่เกิดจากการสร้างพันธะระหว่างไอออนของโลหะและสารอินทรีย์ กลายเป็นโครงร่างตาข่าย (Framework) ซึ่งมีการนำมาประยุกต์ใช้ในการดักจับแก๊ส หรือแยกโมเลกุลที่ต้องการ

จากโครงสร้างแล้ว MOF คงเปรียบเสมือนกรงขังที่ใช้จับโมเลกุลได้ตามต้องการ ในทางทฤษฎีการใช้ MOF เพียง 1 กรัม จะสามารถกักเก็บโมเลกุลเป้าหมายได้ในปริมาณเทียบเท่าสนามฟุตบอล ทั้งนี้ ต้องมีการตรวจสอบความเข้ากันได้ระหว่างพันธะของ MOF และโมเลกุลที่ต้องการจับด้วย เพื่อไม่ให้มีโมเลกุลของสารชนิดอื่นปะปนเข้ามา

Framework
การดักจับโมเลกุลของ MOF

สำหรับในงานวิจัยนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้มีการทดสอบ MOF ที่มีชื่อว่า MFM-520 แล้ว พบว่ามันสามารถดักจับโมเลกุลของแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์ได้ แม้ในสภาวะแวดล้อมนั้นจะมีแก๊สอื่นปะปน หรือมีโมเลกุลของไนโตรเจนไดออกไซด์อยู่น้อย และที่สำคัญคือที่อุณหภูมิ 45 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นอุณหภูมิเฉลี่ยของไอเสียที่ออกมาจากรถยนต์ MFM-520 จะดักจับโมเลกุลเป้าหมายได้มากที่สุดด้วยครับ

MFM-520
โครงสร้างของ MFM-520

การประยุกต์ใช้สาร MFM-520 นั้นทำได้ง่ายมาก ในการทดลองจะมีการแบ่งห้องไว้ 2 ส่วน ฝั่งหนึ่งจะเป็นทางเข้าของอากาศเสียที่มีแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์ปนอยู่ จากนั้น MFM-520 จะดักจับเฉพาะแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์เอาไว้ ปล่อยอากาศสะอาดออกไป

MOF
การทดลองกำจัด NO2 ออกจากอากาศ ด้วยโมดูลงานวิจัยที่ใช้ MFM-520

จากนั้น MFM-520 ที่ทำปฏิริยาแล้ว จะผ่านเข้าสู่ห้องที่ 2 ซึ่งจะมีไอน้ำผ่านเข้ามา ไอน้ำจะทำหน้าเป็นตัวทำละลาย ให้แก๊สที่ถูกขังทำปฏิกิริยา Degassing และหลุดจาก MFM-520 ได้เป็นกรดไนตริก (Nitric acid – HNO3) สาร MFM-520 ที่ปราศจากแก๊สจะถูกเวียนกลับไปใช้ได้ใหม่ เกิดเป็นวัฏจักรในการทำความสะอาดอากาศนั่นเอง

ผลลัพธ์ที่ได้นอกจากอากาศจะปราศจากแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์ (จัดเป็นหนึ่งในแก๊สเรือนกระจก) ยังได้กรดไนตริก ซึ่งเป็นสารเคมีสำคัญในด้านอุตสาหกรรม เพราะมันถูกนำไปใช้เป็นตัวทำละลาย, ตัวเร่งปฏิกิริยา รวมถึงน้ำยาทำความสะอาดและน้ำยาฆ่าเชื้อด้วย

สรุป – การประยุกต์ใช้ MFM-520 นับว่าเป็นนวัตกรรมที่พลิกโฉมให้กับสิ่งแวดล้อมโลก นอกจากจะช่วยในการกำจัดแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศแล้ว ยังมีผลพลอยได้เป็นกรดไนตริก ซึ่งเป็นสารเคมีที่นิยมใช้ในทางอุตสาหกรรม เป็นการลดค่าใช้จ่ายได้หลายพันล้านดอลลาร์สหรัฐฯ เลยทีเดียว ไม่แน่ว่าในอนาคต มันอาจจะถูกนำไปประยุกต์เพื่อปรับปรุงเป็นโมดูลกำจัดสารพิษจากท่อไอเสียของยานพาหนะก็เป็นได้

Fact – ไนโตรเจนไดออกไซด์ จัดเป็นแก๊สพิษที่ว่องไวในการเกิดปฏิกิริยา แก๊สชนิดนี้ปัจจุบันเกิดขึ้นจากการเผาไหม้ของน้ำมันปิโตรเลียมจากยานพาหนะ แก๊สพิษชนิดนี้ ส่งผลเสียต่อระบบทางเดินหายใจของมนุษย์ ตั้งแต่ก่อให้เกิดอาการระคายเคือง ไปจนถึงกระตุ้นโรคหอบหืดได้ ส่วนความเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม แก๊สชนิดนี้จะก่อให้เกิดฝนกรด (เพราะทำปฏิกิริยากับไอน้ำได้กรดไนตริก) และจัดเป็นหนึ่งในแก๊สเรือนกระจกด้วย