แนวคิดวัสดุไฮโดรเจลฟองน้ำใยบวบ เปลี่ยนน้ำปนเปื้อนเป็นน้ำบริสุทธิ์

แม้ว่าแนวคิดการใช้แสงอาทิตย์มาทำให้น้ำกลายเป็นน้ำบริสุทธิ์จะถูกคิดค้นมานานพอสมควรแล้ว แต่ส่วนใหญ่วิธีการกรองดังกล่าวมักจะไม่ได้มีความรวดเร็วนัก จนกระทั่งล่าสุด มีการคิดค้นไฮโดรเจลแบบใหม่ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากใยบวบ เพื่อปรับปรุงคุณภาพน้ำด้วยระดับอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง

โดยปัจจุบัน ผู้คนจำนวนมากนิยมใช้งานระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบนิ่ง ที่ใช้แสงจากดวงอาทิตย์เพื่อทำให้น้ำสกปรกร้อนจนถึงจุดที่เริ่มระเหย จนไอน้ำที่ปราศจากสารก่อมลพิษจะควบแน่นแล้วไหลลงสู่บ่อเก็บน้ำ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ต้องใช้เวลามาก เพราะจะผลิตน้ำดื่มได้เฉพาะเวลาที่มีแสงแดดส่องถึงเท่านั้น จนกระทั่งมีการสร้างวัสดุที่เรียกว่าไฮโดรเจลแบบตอบสนองต่ออุณหภูมิขึ้นมา ที่มีคุณสมบัติดูดซับน้ำสกปรกตามอุณหภูมิปกติ แล้วขับออกในรูปแบบที่ผ่านการกรองจนบริสุทธิ์เมื่อได้รับความร้อน ผู้วิจัยคิดค้นวัสดุนี้คือ รอดนีย์ พรีสท์ลีย์ (Rodney Priestley),เสี่ยวหุ้ย ซู (Xiaohui Xu) และผู้ร่วมวิจัยจากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน (Princeton University) ในสหรัฐอเมริกา 

อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจลแบบตอบสนองอุณหภูมิ ผลิตน้ำที่ผ่านการกรองได้ยังไม่เร็วพอสำหรับความต้องการของคนส่วนใหญ่ เมื่อคำนึงถึงข้อจำกัดดังกล่าว นักวิทยาศาสตร์จึงเริ่มออกแบบไฮโดรเจลแบบใหม่ โดยลอกเลียนฟองน้ำจากรังบวบที่มีรูพรุนตามธรรมชาติ เริ่มต้นด้วยการใช้ส่วนผสมของน้ำกับไกลคอลเป็นตัวกลาง เพื่อผลิตไฮโดรเจลโพลีเอ็น-ไอโซโพรพิลอะคริลาไมด์ (PNIPAm) แบบมีรูพรุน จากนั้นจึงเคลือบรูพรุนด้านในของเจลด้วยโพลิเมอร์อีก 2 ชนิด ได้แก่ โพลิโดพามีน (PDA) และโพลีซัลโฟเบตาอีน เมทาคริเลต (PSMBA) 

ที่มาของรูปภาพ Princeton University

วัสดุไฮโดรเจลที่ได้จากส่วนผสมดังกล่าวจะดูดซับน้ำปนเปื้อนที่อุณหภูมิห้อง และเมื่อได้รับความร้อนจากแสงแดดจำลอง วัสดุไฮโดรเจลดังกล่าวจะปล่อยน้ำสะอาดออกมา 70% ภายในเวลา 10 นาที ซึ่งเร็วกว่าไฮโดรเจลแบบไม่มีรูพรุนถึง 4 เท่า และแม้จะอยู่ภายใต้สภาพแสงจำลองที่ท้องฟ้ามีเมฆบางส่วน ไฮโดรเจลแบบมีรูพรุนยังคงปล่อยน้ำในปริมาณที่ใกล้เคียงกันภายในเวลา 15-20 นาที

หนึ่งในนักวิจัยอธิบายว่า เนื่องจากไฮโดรเจลเป็นวัสดุซับน้ำที่อุณหภูมิปกติแต่จะไม่อมน้ำเมื่อได้รับความร้อน ส่วนในการทดลองพบว่าสารมลพิษต่าง ๆ เช่น สีย้อมจะถูกดึงเข้าไปพร้อมกับน้ำที่อุณหภูมิปกติ แต่โมเลกุลของสารปนเปื้อนเหล่านี้เมื่อเข้าไปจะไปติดกับเจล จึงจะไม่ถูกขับออกเมื่อน้ำถูกปล่อยออกมาในอุณหภูมิที่อุ่นขึ้น

ส่วนการทดสอบในห้องปฏิบัติการ ไฮโดรเจลใยบวบยังประสบความสำเร็จในการขจัดสารปนเปื้อนที่เป็นอันตราย เช่น ไมโครพลาสติกและโลหะหนัก จากการดูดซับ 2 รอบ ทั้งนี้ วัสดุนี้สามารถลดการปนเปื้อนสารโครเมียมจากประมาณอัตราส่วน 40/1,000,000 ลงเหลือเพียง 0.07/1,000,000 ซึ่งผ่านมาตรฐานสำหรับน้ำที่ดื่มได้ ทั้งนี้ ไฮโดรเจลใยบวบยังสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้โดยการล้างด้วยกรดเจือจางหรือเอธานอลอีกด้วย

บทความเกี่ยวกับการวิจัยได้รับการตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้ในวารสาร ACS Central Science

ที่มาของข้อมูล American Chemical Society

ที่มาของรูปภาพ Princeton University