“เคมีสีเขียว” Green Chemistry - Ubon Ratchathani Universityแอแนสเทสและวอร เนอร ในบทความน จะเน

วารสารวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยอบลราชธาน ปท 18 ฉบบท 3 กนยายน – ธนวาคม 2559

1

เคมสเขยว Green chemistry

ณฏฐคณน ศภเมธานนท, พมพา สรอยสงเนน, สรรตน ลศนนท, ณชชา พนธมา, ปนดดา เพชรลวน, สดารตน สมบตศร, พมภนจภา กนทาดง, ชยยศ จนทรแกว และอาทตย อศวสข*

คณะวทยาศาสตรและศลปศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลอสาน จ. นครราชสมา 30000 *Email:[email protected]

บทคดยอ เคมสเขยวเปนปรชญาของการวจยทางเคมและวศวกรรมทสนบสนนใหเกดการออกแบบผลตภณฑและ

กระบวนการทลดการใชและการสรางสารทเปนอนตรายโดยยดตามหลก 12 ขอของเคมสเขยวทพฒนาโดย แอแนสเทสและวอรเนอร ในบทความนจะเนนรายงานวจยเคมสเขยวซงประกอบดวยการเรงปฏกรยาเคม การดดซบ พลาสตก เคมวเคราะห เคมไฟฟา ชวเคม และเคมอนทรยซงเปนงานวจยทพยายามจะลดผลกระทบตอสงแวดลอมโดยการพฒนาเทคโนโลยทเปนเนอแททไมเปนพษตอสงมชวตและสงแวดลอม

ค าส าคญ : เคมสเขยว ผลกระทบตอสงแวดลอม หลก 12 ขอของเคมสเขยว

Abstract Green chemistry is a philosophy of chemical research and engineering that facilitates the design of

products and processes that minimize the use and generation of hazardous substances. This minimization follows 12 principles of green chemistry developed by Anastas and Warner. This article focuses on green chemistry research, including catalysis, adsorption, plastic, analytical chemistry, electrochemistry, bio-chemistry, and organic chemistry, that attempts to reduce the environmental impact by the development of technology that is inherently non-toxic to living things and the environment.

Keywords: Green chemistry: Environmental impact: 12 principles of green chemistry

บทน า เน อ งจากป ญ ห าท างด าน ส งแ วดล อม ส ง

ผลกระทบทรนแรงกบประชาชนในวงกวาง ดงนนจงเกดกระแสการอนรกษสงแวดลอมอยางกวางขวางในปจจบน และมแนวโนมทจะเพมมากขนเรอยๆ “เคม สเขยว (Green chemistry)” เปนศาสตรแขนงหนงทมงเนนการแกไขปญหาสงแวดลอมจากจดเรมตน โดยมหลก 12 ขอ [1] ดงน (1) ปองกนการเกดของเสย (Prevent waste) (2) ออกแบบกระบวนการสงเคราะหใหสารตงตนถกน าไปใชเปนผลตภณฑมากทสด (Atom economy) (3) ออกแบบกระบวนการสงเคราะหทไมเปนอนตรายหรอเปนพษนอยหรอไมเปนพษ (Less hazardous chemical syntheses) (4) ออกแบบ

สารเคมและผลตภณฑทไมเปนพษ (Designing safer chemicals and products) (5) ใชตวท าละลายและกระบวนการทปลอดภย (Use safer solvents and reaction conditions) (6) เพมประสทธภาพของการใชพลงงาน (Design for energy efficiency) (7) ใชสารหรอวตถดบทน ากลบมาใชใหมได (Use renewable feedstock) (8) ลดการเกดสารอ นพนธ (Reduce derivatives) (9) ใชตวเรงปฏกรยา (Catalysts) (10) ออกแบบใหผลตภณฑทใชแลวมการสลายตวโดยไมกออนตราย (Design for degradation) (11) มการ -วเคราะหอยางทนทวงทเพอปองกนการเกดมลภาวะ (Real time analysis for pollution prevention) (12)


2

ใชสารเคมทลดอตราการเกดอบตเหต ( Inherently safer chemistry for accident prevention)

เคมพนฐานและเคมประยกตแขนงตางๆ ลวนแลวแตเกยวของกบเคมสเขยว ถามวตถประสงคอนเปนจดมงหมายเดยวกน คอมงเนนการแกไขปญหาสงแวดลอมจากจดเรมตนโดยค านงถงหลกทง 12 ขอ ในบทความนจะไดน าเสนอตวอยางงานวจยในเคมแขนงตางๆ ทเกยวของกบเคมสเขยว

2. เคมแขนงตางๆ ทเกยวของกบเคมสเขยว 2.1 การเรงปฏกรยาสเขยว ตวเรงปฏกรยา (Catalyst) เปนสารทท าหนาท

เรงอตราในการเกดปฏกรยาเคมหรอเรงการสลาย - สรางของพนธะเคม เพอเพมปรมาณและควบคมใหไดผลตภณฑตามทตองการ ลดพลงงานทใชในการท าปฏกรยา ตวเรงปฏกรยามบทบาทส าคญตอคณภาพชวต เชน ใชในการบ าบดมลพษจากสงแวดลอม ใชในอตสาหกรรมปโตรเลยมและปโตรเคม ใชในการผลตพลงงานทดแทน เปนตน อยางไรกตามตวเรงปฏกรยาทใชสวนใหญมกมราคาแพง บางชนดเปนพษกบสงแวดลอม ดงน นการพฒนาตวเรงปฏกรยาใหมประสทธภาพ มความจ าเพาะสง และเปนมตรกบสงแวดลอมจงมความส าคญ

แรดนเหนยว (Clay mineral) เปนสารประกอบแอนไฮดรสอลมโนซลเกตสวนใหญมลกษณะเปนแผน เกดจากการเรยงซอนกนของชนซลกา และอลมนา และในระหวางชนจะมไอออนบวกของโลหะ เชน โซเดยม โพแทสเซยม แมกนเซยม แคลเซยม และเหลกแทรกอย เกดจากการผพงของหน โดยทวไปมอนภาคขนาดเลกระดบไมครอน แรดนเหนยวถกน ามาใชเปนตวเรงปฏกรยา หรอใชเปนวสดรองรบ (Supporting material) ในการเตรยมตวเรงปฏกรยาเน องจากมราคาไมแพง เปนมตรกบสงแวดลอม นอกจากนยงมสถานะเปนของแขงซงมสถานะแตกตางจากสารทใชในการเกดปฏกรยา (ตวเรงปฏกรยาววธ-พนธ (Heterogeneous catalyst)) จงสามารถแยกออกจากระบบไดงายเมอสนสดการเรงปฏกรยา

ต ว อ ย างก าร ใช แ ร ด น เห น ย ว เป น ต ว เร ง ปฏกรยาววธพนธไดแก งานวจยของ Alves และคณะ

[2] ซ งใชแรดน เหนยวกล มสเมคไทต (Smectite) เปนวสดรองรบ โดยเตมแตงโพแทสเซยมฟลออไรด (KF) เพอใหตวเรงปฏกรยาทเตรยมไดมสมบตเปนเบสใน ก าร เร งป ฏ ก รย าท ราน ส เอ ส เท อ ร ฟ เค ชน (Transesterification) ในการผลตไบโอดเซล ซงจากการศกษาปรมาณเบส (Basicity) โดยใชแฮมเมตต-อนดเคเตอร (Hammett indicator) พบวาแรดนเหนยวมปรมาณเบส 0.14 มลลโมลตอกรม สวนแรดนเหนยวทดดแปรดวยโพแทสเซยมฟลออไรด (Clay-KF) มปรมาณเบสเพมขนเปน 1.02 มลลโมลตอกรม และปรมาณเบสทแตกตางกนนจะสงผลตอเปอรเซนตการเปลยนแปลง (% Conversion) กลาวคอเมอใชแรดนเหนยวทไมไดดดแปรจะใหเปอรเซนตการเปลยนแปลงต ามคา 3.3 เปอรเซนต ในขณะทเมอใช Clay-KF เปนตวเรงปฏกรยาจะใหเปอรเซนตการเปลยนแปลงเท ากบ 99.7 เปอรเซนต เมอเรงปฏกรยาภายใตสภาวะการทดลองดงน ปรมาณตวเรงปฏกรยา 15 เปอรเซนตโดยน าหนก อตราสวนจ านวนโมลของเมทานอลตอน ามน 6:1 อณหภมในการเรงปฏกรยา 65 องศาเซลเซยส เวลาในการท าปฏกรยา 1 ชวโมง จะเหนไดวาแรดนเหนยวสามารถน ามาใชเปนวสดรองรบเพอเตรยมตวเรงปฏกรยาโดยการดดแปรใหมสมบตเปนเบสและสามารถน ามาใชในการเรงปฏกรยา ทรานสเอสเทอรฟเคชนในการผลตไบโอดเซลจากพชน ามนซงไบโอดเซลเปนพลงงานทางเลอกทส าคญในปจจบนทจะน ามาใชทดแทนพลงงานจากซากฟอสซล

นอกจากนยงสามารถใชแรดนเหนยวเปนตวเรงปฏกรยาในการบ าบดมลพษทางสงแวดลอม เชน ใชในการก าจดสยอมทปนเปอนในน าทงจากอตสาหกรรม โดยใชการเรงปฏกรยาออกซเดชน โดย Hassan และ Hameed [3] ไดเตรยมตวเรงปฏกรยาโดยใชดนเหนยวชนดบอลลเคลย (Ball clay) เปนวสดรองรบและเตมเหลกลงไปเพอชวยเรงปฏกรยาเฟนตนออกซ-เดชน (Fe-BC) เพอก าจดสยอมชนดแอนทราควโนน รแอคทฟ บล 4 (Anthraquinone Reactive Blue 4; RB4) ในสารละลาย แมวาบอลลเคลยทใชในงานวจยนจะมเหลกเปนสวนประกอบ แตมในปรมาณทไมเพยงพอจงท าการเตมไอออนเหลก(II) ลงไปซงเหลกจะเปนต าแหนงทวองไวในการเรงปฏกรยาเฟนตน


3

ออกซเดชน โดยเหลกจะท าปฏกรยากบไฮโดรเจนเปอรออกไซดเกดอนมลอสระไฮดรอกซล (HO•) ซง

เปนสารออกซไดซทแรงซงสามารถใชในการก าจดสารพษได ปฏกรยาเกดขนดงสมการ (1) และ (2)

Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH¯ + HO• (1)

Fe3+ + H2O2 Fe2+ + H+ + HOO• (2)

เมอสญลกษณ เปนตวแทนของสปชยเหลกบนพนผวของตวเรงปฏกรยา

รปท 1 การเปลยนเตตระไฮโดรฟแรนเปนบวทโรแลคโตนโดยใชเคลยทมเหลกเปนสวนประกอบทไดรบการปรบสภาพทางความรอนเปนตวเรงปฏกรยา [4]

จากการศกษาพบวาสภาวะทเหมาะสมทสดในการก าจดส RB4 คอ การเตมเหลก 0.8 เปอรเซนตโดยน าหนกบนตวรองรบบอลลเคลย ปรมาณของตวเรงปฏกรยาเทากบ 5.0 กรมตอลตร พเอช 3 ความเขมขนเรมตนของไฮโดรเจนเปอรออกไซด 8 มลล- โมลาร ความเขมขนเรมตนของ RB4 50 มลลกรมตอลตร ทอณหภม 30 องศาเซลเซยส ภายใตสภาวะนใหประสทธภาพของการก าจดส RB4 ถง 99 เปอรเซนต ในเวลา 140 นาท จากงานวจยสามารถสรปไดวาแรดนเหนยวบอลลเคลยสามารถน ามาใชเปนวสดรองรบเพอเตรยมตวเรงปฏกรยา Fe-BC เพอใชเปนตวเรงปฏกรยาเฟนตนออกซเดชนแบบววธพนธส าหรบการก าจดสยอม RB4

ใน ก รณ ข อ งก า รน า เค ล ย ท ม เห ล ก เป นสวนประกอบ มาใชเปนตวเรงปฏกรยาโดยไมมการ

เตมแตงต าแหนงทวองไวอนๆ เพมเตม แตสามารถปรบปรงต าแหนงทวองไวซงเปนเหลกทมอยในเคลยโด ย ก ารป รบ ส ภ าพ ด ว ย ค ว าม ร อ น (Thermal treatment) ดงตวอยางงานวจยของ Ausavasukhi และ Sooknoi [4] ซงศกษาการเรงปฏกรยาออกซเดชนของเตตระไฮโดรฟแรน (Tetrahydrofuran) ซงเปนสารอ นพนธชวมวลให เปลยน เปนบวทโรแลคโตน (Butyrolactone) (รปท 1) ซงเปนสารทใชในการเตรยม พอลเมอร

โดยการปรบสภาพตวเรงปฏกรยาทอณหภมมากกวาหรอเทากบ 500 องศาเซลเซยสจะท าใหเหลกทเปนสวนประกอบในเคลยมความวองไวตอการเรง-ปฏกรยาเพมขน โดยท าปฏกรยากบไฮโดรเจนเปอร-ออกไซดไดเปนออกซเจนทวองไวทพนผว (Active oxidant) โดยทสภาวะของการท าปฏกรยาทอณหภม


4

66 องศาเซลเซยส เวลาในการท าปฏกรยา 4 ชวโมง ตวเรงปฏกรยาเคลยทมเหลกเปนสวนประกอบทไดรบการปรบสภาพทางความรอนทอณหภม 500 องศาเซลเซยสจ านวน 0.1 กรม เตตระไฮโดรฟแรน 0.05 โมล และไฮโดรเจนเปอรออกไซด 0.05 โมลจะใหเปอรเซนตการเปลยนแปลง 26.91 เปอรเซนต โดยมเปอรเซนตการเลอกสรร (% Selectivity) ของบวท-โรแลคโตน 61.87 เปอรเซนต จะเหนไดวาเคลยทมเหลกเปนสวนประกอบสามารถน ามาใชเปนตวเรงปฏกรยาเพอเตรยมสารปอนในอตสาหกรรมพอลเมอรได และสงทนาสนใจมากกวานนคอสารตงตนทใชในการเตรยมสารปอนส าหรบการผลตพอลเมอรเปน สารทเตรยมไดจากชวมวล

การใชตวเรงปฏกรยาเปนหลกการทส าคญของเคมสเขยว จากงานวจยขางตนตวเรงปฏกรยาทเลอกใชเปนตวเรงปฏกรยาทไดจากธรรมชาตจงเปนมตรกบสงแวดลอม นอกจากนยงเปนตวเรงปฏกรยาชนดววธพนธท าใหสามารถแยกและน ากลบมาใชใหมไดอยางมประสทธภาพ โดยตวเรงปฏกรยาไมถกทงไวในระบบจงไมเกดของเสย อกทงการเรงปฏกรยาทมประสทธภาพจะชวยท าใหสารตงตน เปลยนเปนผลตภณฑทมากขน และมความจ าเพาะสงท าใหเกดผลตภณฑพลอยไดต า นอกจากนย งสามารถท าใหปฏกรยาเกดไดท อณหภมต าลงท าใหลดการใชพลงงาน และสามารถหลกเลยงสภาวะทรนแรงในการท าปฏกรยาได มากไปกวานนในกรณของการเรงปฏกรยาการเตรยมบวทโรแลคโตนยงใชตวท าละลายทเปนน าท าใหมความปลอดภยสงกวาการใชตวท าละลายอนทรย

2.2 การดดซบสเขยว การดดซบ (Adsorption) เปนกระบวนการท

เกยวของกบการสะสมตวของสาร หรอความเขมขนของส ารท บ รเวณ พ น ผ วห รอ ระห ว างผ วห น า (Interface) กระบวนการน สามารถ เกดทบ รเวณผวสมผสระหวาง 2 สภาวะใดๆ เชน แกสกบของแขง หรอของเหลวกบของแขง โดยโมเลกลทถ กดดจบเรย ก ว า ต ว ถ ก ด ด ซ บ (Adsorbate) ส ว น ส ารท ท าหนาทดดซบเรยกวา ตวดดซบ (Adsorbent)

การน าวสดเหลอทงทางการเกษตรมาพฒนาเปนตวดดซบเปนการลดคาใชจาย และยงเพมมลคาใหแกของเหลอทง อกทงเปนการชวยจดการของเสยและของเหลอทงเหลานอกทางหนงดวย โดยมการน าเอาวสดเหลอทงทางการเกษตรมาพฒนาเปนตวดดซบมากมาย เชน ฟางขาว แกลบขาว ซงขาวโพด กะลามะพราว ใบชา ขเลอย ชานออย เปลอกถวลสง เปลอกหอมแดง และเปลอกมนส าปะหลง เปนตน ตวอยางงานวจยทมการใชวสดจากธรรมชาตเพอใชก าจดมลพษไดแก

กนกพร โกษะโยธน [5] ไดน าชานออยมาก าจดโครเมยม แคดเมยม เงน ปรอท เหลก และแมงกานส จากน าเสยทเกดในหองปฏบตการ โดยแบงชานออยเปน 2 กลมคอ กลมทไมมการปรบสภาพทางเคม และปรบสภาพทางเคม พบวาชานออยทผานการปรบสภาพทางเคม ขนาด 0.045-1.00 มลลเมตร ปรมาณ 25 กรม/ลตร ทพเอช 9 ระยะเวลาสมผส 90 นาท สามารถก าจดโลหะชนดอนๆ ไดเพยงเลกนอย ยกเวน แมงกาน สและ ป รอท สามารถก าจด ได 84.24 เปอรเซนต และ 95.05 เปอรเซนต ตามล าดบ จะเหนไดวาสามารถน าวสดเหลอทงจากการเกษตรมาใชเปนตวดดซบเพอก าจดโลหะหนกได

นอกจากน อาทตย อศวสข และคณะ [6] ไดศกษาการน าวสดทมมลคาต าจากการท าเหมองแรลกไนตทอ าเภอแมเมาะ จงหวดล าปาง ไดแก ลโอนาร-ไดต (Leonardite) และดนแดง (Red clay) มาใชในการก าจดสยอม รแอคทฟ เรด พ8บ (Reactive red P8B), แอซด บล 5อาร (Acid blue 5R), ไดเรคต สการเลต 4บเอส (Direct scarlet 4BS), คองโก เรด (Congo red), และเมทลออเรนจ (Methyl orange) โดยศกษาประสทธภาพของตวดดซบดวยถงปฏกรณแบบกะภายใตสภาวะการทดลองพเอช 7 อณหภม 25 องศาเซลเซยส ความเขมขนเรมตนของสยอม 100 มลลกรมตอลตร ปรมาตร 200 มลลลตร เวลาของการดดซบ 4 ชวโมง โดยใชตวดดซบปรมาณ 0.25 กรม พบวาการดดซบสงสดของสยอมบนตวดดซบลโอ - นารไดตและดนแดงทค านวณไดมค า 13.2-70.7 มลลกรม ตอกรม และ 7.9-58.5 มลลกรม ตอกรมตามล าดบ (รปท 2) จะเหนไดวาสามารถน าวสดเหลอ


5

ทงจากการท าเหมองแรลกไนตมาใชเปนตวดดซบเพอก าจดสยอมได

Reactive

red P

8B

Acid b

lue 5R

Direct

scarle

t 4BS

Congo red

Meth

yl ora

nge0

20

40

60

80

Adsorp

tion a

mount

(mg/g

)

Type of adsorbate

Red clay

Leonardite

รปท 2 เปรยบเทยบประสทธภาพการดดซบของดน

แดงและลโอนารไดต [6]

รศม สทธข นแกว [7] ไดพฒนาตวดดซบเพอบ าบดแกสชนดตางๆ อาทเชน แกสไฮโดรเจนซลไฟด, แกสคารบอนไดออกไซด โดยใชถานกมมนตทเตรยมจากวสดจ าพวก เปลอกมะพราว ตนสน ธญพช กะลามะพราว เปนตน พบวาถานกมมนตทพฒนาขนโด ย ใช ไอ น าแ ล ะ ส าร เค มท ม ฤ ท ธ เป น ด าง มประสทธภาพการดดซบแกสไฮโดรเจนซลไฟดไดดม าก ท อ ณ ห ภ ม ส ง ป รม าณ ก า ร ด ด ซ บ แ ก สไฮโดรเจนซลไฟดอยในชวง 20-70 มลลกรมตอกรม เม อ เปรยบ เทยบกบ ถ านกมมนตท ผ ลต ไดจากโรงงานผลตในเมองไทยพบวาถานกมมนตทพฒนาโดยการกระตนโดยใชไอน ามประสทธภาพในการดดซบแกสไฮโดรเจนซลไฟดไดดกวา 50 เทา นอกจากนเมอวดความเขมขนของแกสไฮโดรเจนซลไฟดหลงจากทผานการดดซบดวยถานกมมนตทพฒนาขนมาแลวนน พบวาความเขมขนของแกสไฮโดรเจนซลไฟดมคานอยกวา 30 สวน ในลานสวน (ppm) ดงน นแก สเชอเพลงทผานการบ าบดแกสไฮโดรเจนซลไฟดดวยถ าน กม มน ต ส าม ารถน าไป ใชกบ เค ร อ งยน ต เครองจกรกลไดโดยไมมการกดกรอน

การใชตวดดซบทไดจากธรรมชาต มราคาถก และสามารถหาไดงายหรอสามารถสรางทดแทนได จะชวยใหการก าจดมลพษดวยกระบวนการดดซบมความ

คมคาทางดานเศรษฐศาสตร โดยตวดดซบจากงานวจยนเปนตวดดซบทเปนมตรกบสงแวดลอมเพราะเตรยมไดจากวสดธรรมชาตมข นตอนการเตรยมทไมยงยาก หรอในบางกรณกสามารถน ามาใชเปนตวดดซบไดโดยไมตองมการปรบสภาพ การใชตวดดซบในการก าจดมลพษกอนปลอยสสงแวดลอมจะชวยลดอนตรายเนองจากการเปลยนสภาพของมลพษเมอสมผสกบสารเคมชนดตางๆ ทตกคางในสงแวดลอมซงอาจท าใหมความเปนพษเพมขน จงมความจ าเปนทจะตองก าจดมลพษตงแตอยในขนตอนการผลต

2.3 พลาสตกสเขยว ปจจบนพลาสตกยอยสลายไดทางชวภาพ

(Biodegradable plastics) ห รอ พ ล าส ต ก ช ว ภ าพ (Bioplastics) ไดรบความสนใจเปนอยางยง และเปนแนวทางหนงในการพฒนาวสดส าหรบการใชงานเพออนรกษสงแวดลอม กลมอตสาหกรรมพลาสตกทวโลกตนตวในการคดคนหาวตถดบหรอพอลเมอรชนดใหมเพอพฒนาพลาสตกชวภาพและใหมคณสมบตในการใชงานไดดเทยบเทากบพลาสตกดงเดม (Commodity plastics) ทไดจากอตสาหกรรมปโตรเคม และสามารถทดแทนการใชงานทมอย

พอล (แอล-แลคไทด) (Poly (L-lactide); PLL) เปนพอลเมอรพนฐานทน ามาประยกตใชเปนบรรจภณฑทยอยสลายทางชวภาพไดมากขน เนองจากเปนพอลเมอรทผลตจากแหลงวตถดบในธรรมชาต เชน ขาวโพด มนส าปะหลง หรอออย ซงสามารถปลกทดแทนไดและมสมบตเชงกลทด อยางไรกตามพอล-เมอรนมสมบตทนตอความรอนทไมด และมลกษณะทางกายภาพทแขง เปราะ ท าใหไมเหมาะสมส าหรบการประยกตใชในงานทตองการความยดหยนสง ดงนนจงมงานวจยเกยวกบการปรบปรงสมบตเชงกลของ PLL ตวอยางเชน Kunthadong และคณะ [8] ไดศกษาความเขากนได และปรบปรงสมบตของ PLL โดยน ามาเบลนด (Blend) กบอนพนธของเซลลโลส (Cellulose acetate butyrate; CAB) ซงมสมบตทแขงและเหนยว และพลาสตไซเซอร (พอลเอทลนไกลคอล (Polyethylene glycol; PEG) ห รอ พ อล เอ ส เท อ ร - อะดเพท (Polyester adipate; Paraplex G40)) เพ อ


6

ท าหนาทเปนสารเพมความยดหยน ในการเตรยม พอลเมอรเบลนดและขนรปเปนฟ ลมโดยวธหลอ (Cast-sheet) ใน สภ าวะส ารละล าย จากผล การวเคราะหดวยเครองดฟเฟอเรนเชยลสแกนนงแคลอร-ม เต อ ร (Differential Scanning Calorimeter; DSC) พบว าท ง PEG แล ะ Paraplex G40 สามารถลดอณหภมการเปลยนสถานะคลายแกวเปนคลายยาง (Glass transition temperature; Tg) ของพ อลเมอ รเบลนดพอล (แอล-แลคไทด)/อนพนธของเซลลโลส (PLL/CAB) ท าใหไดพอลเมอรเบลนดทมความยดหยน

ส าหรบ PLL/CAB ทใช PEG เปนพลาสตไซเซอรนนมความเขากนไดในบางสวน เนองจากมการเหนยวน าใหเกดผลกใหมในพอลเมอรผสมสงผลใหเกดการแยกเฟส ในขณะเดยวกนจะพบวาการใช Paraplex G40 เปน พลาสตไซเซอรนนมเสถยรภาพทางลกษณะสณฐานวทยาภายใตระยะเวลาการเกบรกษา จากผลการทดสอบดานสมบตเชงกลพบวาเมอผสมพอลเมอร สามองคประกอบสามารถปรบปรงสมบตเชงกลไดโดยพอลเมอรเบลนดทไดมความยดหยนและมความออนนมเพมขนเมอเทยบกบ PLL เรมตน (รปท 3)

(ก) (ข)

รปท 3 สมบตเชงกลของพอล (แอล-แลคไทด) (PLL) อนพนธของเซลลโลส (CAB) และพอลเมอรเบลนดพอล (แอล-แลคไทด)/อนพนธของเซลลโลส (PLL/CAB) ทงทเตมและไมเตม 20 เปอรเซนตพลาสตไซเซอร: (ก) ความทนตอแรงดงสงสด (MPa) และ (ข) เปอรเซนตการยด ณ จดขาด [8]

เมอน าพอลเมอรผสมทเตรยมไดไปทดสอบการ

ยอยสลายในสภาวะป ยหมกแบบใชอากาศในระยะเวลา 90 วน พบวาพอลเมอรเบลนดสามองคประกอบมความสามารถในการยอยสลายลดลงเมอปรมาณของอนพนธของเซลลโลสเพมข น จากผลการศกษาน แสดงใหเหนวาปรมาณของอนพนธของเซลลโลส และชนดพลาสตไซเซอรมผลตอความเขากนและการยอยสลายทางชวภาพ โดยพอลเมอรเบลนดทประกอบดวย PLL 70 เปอรเซนต CAB 30 เปอรเซนต และ Paraplex G40 20 เป อ ร เซ น ต โด ยน าห น ก เป นอตราสวนทพฒนาความเขากนได ความสามารถในการยอยสลายทางชวภาพ และปรบปรงสมบตเชงกลไดเหมาะสม

รปท 4 ภาพถายจากกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบ

กวาดของภาคตดขวางของแผน NR/RS4 เบลนดทอตราสวนตาง ๆ กน : (a) 100:0 (b) 100:5 (c) 100:10 (d) 100:20 (e) 100:30 และ (f) 100:40 [9]


7

นอกจากน ย งมงานวจยของ Sawaddee และคณะ [9] ซงศกษาความเขากนไดและสมบตของพอล-เมอรเบลนดระหวางยางธรรมชาต (Natural rubber; NR) และแปงมนส าปะหลงดดแปรทางเคมครอสลงแบบไดสตารซฟอสเฟต (RS4) โดยเตรยมพอลเมอร-เบลนดดวยเครองบดยางสองลกกลง (Two-roll mill) และขนรปเปนแผนดวยเครองแมพมพแบบกดอด (Compression molding) ศกษาผลของการเตม RS4 ท 0-40 สวนของเนอยางทมตอความเขากนและศกษาสมบตเชงกลของพอลเมอรเบลนดระหวาง NR/RS4 พบวาเมอเตม RS4 ลงใน NR จะชวยเพมเสถยรภาพทางความรอนในพอลเมอรเบลนดทกอตราสวน นอกจากน ย งพบวาพอลเมอรเบลนดท เตม RS4 ปรมาณ 30 สวนใน NR (100/30 phr) อนภาคของ RS4 จะกระจายตวอยางสม าเสมอในเนอยางทเปน วฏภาคตอเนอง โดยไมเกดชองวางระหวางรอยตอของวฏภาค (รปท 4) ซงสามารถสรปไดวาพอลเมอร-เบลนดนมความเขากนไดดข นสงผลในการปรบปรงสมบตเชงกลของพอลเมอรเบลนด (รปท 5)

รปท 5 คาความทนตอแรงดงสงสดและเปอรเซนตยด

ณ จดขาดของ NR และ NR/RS4 เบลนดทอตราสวนของ RS4 (phr) แตกตางกน [9]

นอกจากน Khongjangreed และคณะ [10] ได

ศกษาการเตรยมและสมบตของพอลเมอรคอมโพสต (Polymer composite) ใน สภ าวะส ารล ะล าย ส ามองคประกอบระหวางแปงมนส าปะหลงดบ (St) แกลบขาว (RH) หรอเถาแกลบขาว (RHA) และกลเซอรอล/ ยเรย (GU) เตรยมในสภาวะสารละลายโดยใชน าเปน

ตวท าละลายและขนรปเปนฟลมโดยวธหลอ ศกษาสมบตของพอลเมอรคอมโพสตของแปงมนส าปะหลงดบ และแกลบขาว (St/RH) และแปงมนส าปะหลงดบและเถาแกลบขาว (St/RHA) ทอตราสวนตางๆ ทงทไมเตม และเตม 10 และ 20 เปอรเซนตโดยน าหนกของ GU พบวาอตราสวนพอลเมอรคอมโพสตระหวาง St 80 เปอรเซนต RHA 20 เปอรเซนต และ GU เทากบ 20 เปอรเซนตโดยน าหนก ใหคาความทนตอแรงดงและเปอรเซนตการยด ณ จดขาดโดยรวมทดคอประมาณ 12-14 เมกะพาสคาล และ 6-8 เปอรเซนตตามล าดบ นอกจากนย งพบวาพอลเมอรคอมโพสตระหวางแปงมนส าปะหลงดบ และเถาแกลบขาว ท ม ก ล เซ อ ร อ ล /ย เรย จ า น ว น 10 เป อ ร เซ น ต (St/RHA+10GU) แสดงอณหภมการเกดเจลาทไนซของแปงมนส าปะหลงดบในพอลเมอรคอมโพสตซง บงบอกไดวาวสดมความตานทานความชนและการบวมน าภายใตสภาวะการน าไปประยกตใชงานไดด ส าหรบทดสอบการย อยสลายทางชวภาพ โดยกระบวนการฝงในดนของพอลเมอรคอมโพสตพบวาฟลมพอลเมอรคอมโพสตระหวางแปงมนส าปะหลงดบและเถาแกลบขาวทมกลเซอรอล /ยเรยจ านวน 20 เปอรเซนต (St/RHA+20GU) ยอยสลายอยางสมบรณภายในระยะเวลา 20 วน จากผลการศกษาสามารถสรปไดวาพอลเมอรคอมโพสตทอตราสวนนสามารถพฒนาสมบตเชงกลและการยอยสลายไดทางชวภาพได

งานวจยขางตนไดแสดงถงการพฒนาพลาสตก สเขยวทเตรยมไดจากธรรมชาตและสามารถยอยสลายเพอกลบคนสธรรมชาตอยางเปนมตร และไมเหลอความเปนพษตกคางอยใหเปนอนตรายตอสงแวดลอม โดยพลาสตกสเขยวทถกพฒนาขนยงคงมสมบตทเหมาะสมกบการใชงานไดด

2.4 เคมวเคราะหสเขยว เคมวเคราะหสเขยวเปนการใชเทคนคและวธการ

ทางเคมวเคราะหซงลดการใชตวท าละลายหรอสารทเปนพษตอมนษยและสงแวดลอม เพอลดผลเสยตอสงแวดลอมในวธการทางเคมวเคราะหสามารถท าได 3 สวน คอ (1) การลดปรมาณตวท าละลายท ใชใน


8

ขนตอนการเตรยมตวอยาง (2) การลดปรมาณการใชสารทเปนพษในขนตอนการตรวจวด และ (3) การพฒนาวธการทางเคมวเคราะหทสามารถตรวจวดไดโดยตรงโดยไมตองใชตวท าละลายใดๆ

ตวอยางงานวจยของเคมวเคราะหสเขยวไดแก Arthur และ Pawliszyn [11] ได เสน อ เทคน ค ให มเรยกวา การสกดระดบจลภาคดวยเฟสของแขง (Solid-phase microextraction; SPME) ซงถอเปนการเรมตนข อ ง ก า ร ใ ช เท ค น ค ก า ร ส ก ด ร ะ ด บ จ ล ภ า ค (Microextraction techniques) SPME เปนวธเตรยมตวอยางสเขยวทส าคญวธหนงโดยอาศยการดดซบของสารทสนใจบนตวดดซบทเคลอบบนไฟเบอร แตกยงมขอเสยคอไฟเบอรมราคาคอนขางสงและหกงาย การสกดระดบจลภาคดวยเฟสของเหลว (Liquid-phase microextraction; LPME) [12] เปนเทคนคทตองการใชตวท าละลายในการสกดในระดบไมโครลตร ซงม

วธการสองแบบคอ การสกดระดบจลภาคแบบหยดเดยว (Single-drop microextraction; SDME) และการสกดระดบจลภาคโดยอาศยการกระจายตวของของเหลว (Dispersive liquid-liquid microextraction; DLLME) เทคนค SDME ใชตวท าละลายในการสกดนอย แตมขอเสยคอผใชตองมความช านาญในการท าใหหยดของตวท าละลายเกาะอยกบปลายเขมระหวางการสกด และหยดของสารทใชในการสกดไมเสถยร

Rezaee และคณะ [13] ไดพฒนาการสกดระดบจลภาคดวยเฟสของเหลวแบบใหมคอ การสกดระดบจลภาคโดยอาศยการกระจายตวของของเหลว (DLLME) วธน เปนการสกดระบบตวท าละลาย 3 องคประกอบ ไดแก ตวท าละลายสกด (Extraction solvent) ตวท าละลายชวยกระจายตว (Disperser solvent) แ ล ะ ส า รต ว อ ย า งท เ ป น น า (Aqueous sample) ขนตอนการสกดแสดงดงรปท 6

รปท 6 ขนตอนการสกดระดบจลภาคโดยอาศยการกระจายตวของของเหลว [13]

เทคนคนเมอท าการฉดตวท าละลายสกดผสมกบตวท าละลายชวยกระจายตวลงในสารตวอยางน าอยางรวดเรว จะเกดการกระจายตวของตวท าละลายสกดเปนหยดเลกๆ ในสารตวอยางทเปนน า ท าใหเกดสารละลายขน (Cloudy state) แลวท าการแยกตวท าละลายสกดออกหลงจากป นเหวยง (Centrifuge) แลวจงน าไปวเคราะหดวยเทคนคทางโครมาโทกราฟตอไป ขอดของเทคนคการสกดระดบจลภาคโดยอาศยการกระจายตวของของเหลว คอ ท าไดงาย รวดเรว เพมความเขมขนไดสง และเปนมตรตอสงแวดลอม

Soisungnoen และคณ ะ [14] ไดประยกต ใชเทคนคการสกดระดบจลภาคโดยอาศยการกระจายตวของของเหลวเพอสกดและเพมความเขมขนสารก าจดแมลงกลมออรแกโนฟอสฟอรส (Organophosphorus pesticides; OPPs) 5 ชนด คอ พาราไธออน มาลา- ไธออน ไดอะซนอน อะซนฟอส และ เฟนโตรไธออน กอนจะวเคราะหดวยเทคนคไมเซลลารอเลกโทรไค -เน ต ก โ ค ร ม า โท ก ร า ฟ (Micellar electrokinetic chromatography; MEKC) โดยศกษาและปรบสภาวะของปจจยทมผลตอวธการท งหมดให เหมาะสม


9

ตวอยางเชน ชนดและปรมาณของตวท าละลายสกดและตวท าละลายชวยกระจายตว ผลของการเตมเกลอ เปนตน สภาวะทเหมาะสมในการสกดดวยเทคนคการสกดระดบจลภาคโดยอาศยการกระจายตวของของเหลว คอการใชตวท าละลายสกดเปนไดคลอโรมเธน ปรมาตร 300 ไมโครลตร ตวท าละลายชวยกระจายตวเปนอะซโทไนไตรล 2 มลลลตร และเตมโพแทสเซยมไอโอไดด 1.5 เปอรเซนตโดยมวล เพอชวยเพมประสทธภาพในการสกด ภายใตสภาวะทเหมาะสมพบวาการวเคราะหสารก าจดแมลงกลม ออรแกโนฟอสฟอรสทงหาชนดโดยพรอมกนไดภายใน 12 นาท ดวยคาการเพมขนสงในชวง 477 ถง 635 เทา คาความเปนเสนตรงส าหรบพาราไธออน อะซนฟอส และ เฟนโตรไธออน อยในชวง 20-1000 นาโนกรมตอมลลลตร ส าหรบมาลาไธออนและไดอะซนอน อยในชวง 50-1000 นาโนกรมตอมลลลตร คาขดจ ากดต าสดการตรวจวดอย ในชวง 3-15 นาโนกรมตอมลลลตร และคาเปอรเซนตการกลบคนของสารก าจดแมลงกลมออรแกโนฟอสฟอรสทงหาชนดในตวอยางน า คอ 69.5-103 เปอรเซนต วธทเสนอนท าใหไดคาการเพมขนทสง ความเทยงและความแมนทด เวลาในการวเคราะหสนและใชตวท าละลายอนทรยนอย ซงเปนวธทเปนมตรตอสงแวดลอม

ตวอยางงานวจยของเคมวเคราะหสเขยวทมการใชสารอนทดแทนตวท าละลายและรเอเจนตทมอนตรายไดแก งานวจยของ Ordoñez และคณะ [15] ทวเคราะหสารใหความหวานของเครองดมโดยใชน าและเอทานอลความเขมขนต าซงเปนตวท าละลายอนทรยทมความเปนพษนอยเปนเฟสเคลอนทในการวเคราะหดวยเทคนคโครมาโทกราฟของเหลวความรอนสง (High temperature liquid chromatography) ทตอกบแมสสเปคโทรเมตร (Mass spectrometry) ใชเวลาในการวเคราะห 23 นาท และมการใชตวท าละลายเอทานอลเพยง 0.85 มลลลตร โดยมขดจ ากดต าสดการตรวจวดในชวง 0.05-10 มลลกรมตอลตร เปอร เซนต การกลบคน 86-110 เปอรเซน ต ค าเบยงเบนมาตรฐานสมพทธต ากวา 12 เปอรเซนต

ในขณะทงานวจยทพ ฒนาวธการวเคราะหทสามารถตรวจวดโดยไมตองใชตวท าละลายไดแก

งานวจยของ Langlois และคณะ [16] ซงพฒนาวธวเคราะหพาราเซตามอลในของเหลวในเซลลเพาะเลยง (Cell culture fluid) จากแบบจ าลอ งต วก รอ งก นระหวางเลอดและสมอง (Blood Brain Barrier model) โดยใชเทคนคโครมาโทกราฟของเหลวสมรรถนะสงแบบกลบเฟส (Reversed phase-High performance liquid chromatography) โดยมตวตรวจวดเปนไดโอด อาเรย (Diode array) และการเตรยมสารตวอยางไดรบการพฒนาโดยใชน าเทานน โดยใชคอลมนเปน XTerra RP18 ขนาด 150 x 4.6 มลลเมตร ขนาดอนภาค 3.5 ไมโครเมตร พรอมการดคอลมน XTerra RP18 ขนาด 20 × 4.6 มลลเมตร ขนาดอนภาค 3.5 ไมโครเมตร วเคราะหท อณหภม 35 องศาเซลเซยส และเฟสเคลอนทประกอบดวยบฟเฟอรของฟอรเมต 100 เปอรเซนต ความเขมขน 20 มลลโมลาร พเอช 4 และอตราการไหล 1 มลลลตรตอนาท ทความยาวคลน 242 นาโนเมตร โดยมการตรวจสอบความถกตอง และมขดจ ากดของการยอมรบ (Acceptance limit) ท 10 เปอรเซนตในชวงของความเขมขน 1-58 มลลกรมตอลตร

2.5 เคมไฟฟาสเขยว เคมไฟฟาเปนศาสตรทเกยวของกบปฏกรยาเคม

ทเกดขนทผวสมผสของขวไฟฟา (Electrode) ซงอาจเปนโลหะหรอสารกงตวน าในสารละลายอเลกโทรไลต (Electrolyte) โดยปฏ ก รย า เค มอ าจ เกด ข น จากแรงดน ไฟ ฟ าภายนอก หรออาจเกดขน แลว ใหแรงดนไฟฟาออกมาท าใหเกดการเคลอนทของอเลกตรอนผานปฏกรยาออกซเดชน (Oxidation) และรดกชน (Reduction)

ตวอยางงานวจยของเคมไฟฟาสเขยวไดแก การเตรยมเมทานอล [17] โดยใชสารต งตน เปนแกสคารบอนไดออกไซดทสภาวะใกลจดวกฤตท าปฏกรยารดกชนโดยผานศกยไฟฟาเขาไปทข วไฟฟาทองแดง โดยแกสคารบอนไดออกไซดนท าหนาทเปนทงสารตงตนโดยเกดปฏกรยารดกชนและท าหนาทเปนตวท าละลายในเวลาเดยวกน ดงสมการท (3)

CO2 + 6H+ + 6e- CH3OH + H2O (3)


10

การผลตเมทานอลด าเนนการทอณหภม 80 องศาเซลเซยล โดยใชคารบอนไดออกไซดความดน 68 บาร กระบวนการน เปนกระบวนการทประหยดคาใชจายเนองจากสารตงตนคารบอนไดออกไซดมราคาถก และยงเปนมตรตอสงแวดลอมเนองจากไมมสารเคมอนตรายตวอนๆ มาเกยวของ

นอกจากนนบรษท BASF [18] ไดคดคนวธการเตรยมสารประกอบพารา-เมทอกซเบนซลดไฮด (p-methoxybenzaldehyde) ดวยวธท างเคมไฟ ฟ า โดยวธการเตรยมแบบดงเดมจะใชแกสคลอรนไป

ท าปฏกรยาการแทนทกบพารา-เมทอกซโทลอน (p-methoxytoluene) ซงจะไดกรดไฮโดรคลอรกเปนผลตภณฑพลอยไดและปนในผลตภณฑท าใหตองเพมกระบวนการแยกแอลดไฮดทเปนผลตภณฑทตองการออกมา แตในกระบวนการทางเคมไฟฟา เรมจากการท าปฏกรยาออกซเดชนของพารา-เมทอกซโทลอน โดยมเมทานอลท าหนาเปนทงสารตงตนและตวท าละลาย โดยเมทานอลสามารถหมนเวยนกลบมาใชใหมในปฏกรยาได ดงสมการท (4)-(5)

CH3-Ph-OCH3 + 2 CH3OH CH(OCH3)2-Ph-OCH3 + 4H+ + 4e- (4)

CH(OCH3)2-Ph-OCH3 + H2O CHO-Ph-OCH3 + 2 CH3OH (5)

วธการนมขอดกวาการเตรยมสารแอลดไฮดแบบดงเดมคอไมเกดผลตภณฑพลอยไดเปนไฮโดรคลอรก

มการเลอกสรรของปฏกรยา และการเกดปฏกรยาขนกบชนดของขวไฟฟาทใช

รปท 7 แผนภาพการท างานเบองตนของเครองเคมไฟฟาอตโนมต ภาพ A แกน x, y เปนตวเคลอนทไมโคร- ไตเตอรเพลท ขนาด 24 หลม และมแกน z เปนตวเคลอนทข วไฟฟาในลกษณะขนลง ภาพ B เปน การเกดปฏกรยาใหและรบอเลกตรอนของ DPPH กบสารตานอนมลอสระ (AH) [19]

Intarakamhang และ Schulte [19] ไดท าการพฒนาการวเคราะหสารตานอนมลอสระโดยใชวธท าปฏกรยากบ 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) และวดคากระแสไฟฟาทเกดขนโดยใชวธเคมไฟฟาแบบอตโนมตดงรปท 7 วธนมจดเดนในดานเคมสเขยวคอ (1) ข วไฟฟาทใชคอไสดนสอซงเปนคารบอนโดยไมผานการปรบปรงซงท าใหประหยดสารเคมและเวลาในการเตรยมขวไฟฟา (2) สารละลายทใชในการวเคราะหบรรจอยในไมโครไตเตอรเพลท ขนาด 24

หลม ขนาดหลมละ 2 มลลลตร ซงใชปรมาณนอยเมอเทยบกบการวดแบบดงเดมในบกเกอร หรอในภาชนะใสสารดานเคมไฟฟา (Electrochemical cell) และ (3) ประหยดเวลาโดยสามารถวเคราะหสารแบบอตโนมตได 20 ครง (หลม) ในเวลา 1 ชวโมง

2.6 ชวเคมสเขยว พลงงานมความส าคญอย างมากตอระบบ

เศรษฐกจและการด าเนนชวตของประชากรโลก โดยแหลงพลงงานหลกของโลกไดแกน ามนดบซงเปน


11

เช อ เพ ล งฟ อสซ ล ก าลง จ ะห มด ไป ใน ขณ ะท ความตองการใชพลงงานยงคงเพมสงขนอยางตอเนอง เอทานอลเปนหนงในพลงงานทางเลอกทนาสนใจเนองจากสามารถผลตเอทานอลไดจากวตถดบทหาไดงายประเภทน าตาลและแปงทไดจากพช อยางไรกตามผลตผลทางการเกษตรสวนหน งซงใชในการผลต เอทานอลถกน ามาใชเปนวตถดบเพอผลตเปนอาหารคน และอาหารสตวสงผลใหตนทนการผลตเอทานอลมราคาสง นอกจากนถาหากตองการใชผลตผลทางการเกษตรเปนวตถดบในการผลตเอทานอลจ าเปนตองใชพนทในการเพาะปลกจ านวนมาก ดวยเหตนนกวจยจงสนใจคนหาแหลงวตถดบใหมส าหรบการผลตเอทา-นอลโดยค านงถงวสดทหาไดงาย มปรมาณมาก สรางมลคาเพมใหกบวสดเหลอท งและน ามาใชใหเกดประโยชน รวมทงลดผลกระทบตอสงแวดลอมไดอกดวย วตถดบดงกลาว คอ ลกโนเซลลโลส โดยลกโน-เซลลโลส เปนชวมวลทเปนวสดเหลอทงทางเกษตร วสดเหลอทงจากโรงงานอตสาหกรรม เชน ฟางขาว เปลอกขาวโพด ซงขาวโพด ชานออย เศษไม เปนตน วต ถดบดงกลาวมองคประกอบหลก 3 อย างคอ เซลลโลส เฮมเซลลโลส และลกนน ซงเซลลโลสเปนองคประกอบส าคญประกอบดวยน าตาลกลโคสเปนจ านวนมากสามารถน ามาหมกดวยจลนทรยเพอผลตเอทานอลได

การผลต เอทานอลจากวสดประเภทลกโน -เซลลโลสนน ประกอบดวยกระบวนการปรบสภาพ (Pretreatment) ก ารย อ ย สล าย (Hydrolysis) แล ะกระบวนการหมก (Fermentation) กระบวนการปรบสภาพวสดลกโนเซลลโลสเปนกระบวนทส าคญมากเนองจากลกโนเซลลโลสมโครงสรางทซบซอนยงไมเหมาะกบการยอยสลายเพอใหไดน าตาล วสดจงตองผานกระบวนการปรบสภาพโดยมวตถประสงคเพอแยกลกนน และเฮมเซลลโลส เพมพนทในการยอยสลาย ลดความ เปนผลกของเซลลโลส เพ อ ใหโครงสรางของเซลลโลสเหมาะสมตอกระบวนยอยสลายตอไป กระบวนการปรบ สภาพมหลายวธ เชน การปรบสภาพทางกายภาพ เคม แตทงสองวธนตองใชว สด อปกรณททนอณหภมและทนตอการ กดกรอนของสารเคม อปกรณทใชจงมราคาแพง

นอกจากนตองใชพลงงานขณะปรบสภาพโครงสรางของลกโนเซลลโลสอกดวย สวนการปรบสภาพทางชวภาพนนใชเอนไซมจากจลนทรยยอยสลายวสดอยางจ าเพาะเจาะจง ไมใชสารเคมรนแรงจงไมตองผานการก าจดสารพษทจะสงผลเสยตอกระบวนการตอไป ลก โน เซลลโลสทผ านการปรบสภาพแลวจะถก น ามาผานกระบวนการยอยสลาย โดยเซลลโลสจะถกยอยเพอใหไดผลตภณฑคอน าตาลกลโคสจ านวนมาก และการยอยเฮมเซลลโลสจะไดน าตาลคารบอน 5 และ 6 อะตอม ไดแก ไซโลส (Xylose) อะราบโนส (Arabinose) แ ม น โ น ส (Mannose) แ ร ม โ น ส (Rhamnose) และกลโคส (Glucose) ซงน าตาลเหลานจะตองผานกระบวนการหมกดวยจลนทรยเพอใหไดผลตภณฑสดทายคอเอทานอลและน าไปกลน ใหบรสทธเพอใชเปนพลงงานทางเลอกใหมตอไป

ตวอยางงานวจยส าหรบกระบวนการผลตเอทา-นอลจากวสดลกโนเซลลโลส เชน ฟางขาวโดยการปรบสภาพฟางขาวดวยกรดซลฟวรกความเขมขน 0.5 เปอรเซนต และยอยดวยเอนไซมเซลลเลสและเอนไซมเบตากลโคซเดส ทอณหภม 45 องศาเซลเซยส คา พเอช 5.0 ไดน าตาลสงสด 0.72 กรมตอกรมเซลลเลส จากนนหมกดวยเชอรา M. indicus ไดผลผลตเอทา-นอล 0.1 กรมตอกรมฟางขาว [20] สวนการผลตเอทา-นอลจากตนฝายดวยกระบวนการทางชวภาพโดยการปรบสภาพแบบแหงดวยเชอรา P. chrysosporium เพอก าจดลกนน กระบวนการนสามารถยอยลกนนได 35.5 เปอรเซนต หลงจากนนผานการยอยสลายดวยเอนไซมเซลลเลสและเอนไซมเบตากลโคซเดส พบน าตาลไซโลสถงหน งในสามของปรมาณน าตาลท งห ม ด ต อ ม า เข าส ก ร ะบ ว น ห มก ด ว ย ย ส ต S. cerevisiae ATCC 24859 ไดผลตภณฑคอเอทา-นอล 0.027 กรมตอกรมตนฝาย พบวายงมปรมาณนอย เน องจากยสตชนดน ไมสามารถหมกน าตาลคารบ อน 5 อะตอมได ก ารศกษ าครงน พ บว า การปรบสภาพดวยเชอรา P. chrysosporium สามารถยอยลกนนและเฮมเซลลโลสได แตอยางไรกตาม ก ารป รบ สภ าพ ด วย เช อ ร ายงไม ส าม ารถ เพ มประสทธภาพการยอยสลายเซลลโลส [21]


12

2.7 เคมอนทรยสเขยว เคมอนท รยส เขยว คอการเปลยน วธก าร

สงเคราะหสารใหมประสทธภาพมากขนและเปนมตรกบสงแวดลอม โดยลดขนตอนในการสงเคราะหใหนอยลง ลดพลงงาน หลกเลยงการใชสารเคมทเปนพษหรอเลอกใชสารเคมทมพษนอยลง ไดสารผลตภณฑขางเคยงทสามารถยอยสลายไดและลดปรมาณของเสยทเกดจากกระบวนการสงเคราะห ซงกระบวนการสงเคราะหดวยเทคนคนจะเปนการพฒนาวธสงเคราะหสารทเปนมตรกบธรรมชาตอยางยงยน

ตวอยางการสงเคราะหสารอนทรยสเขยว ไดแกการสงเคราะหยา Ibuprofen ซงเปนยาแกอกเสบชนดทไมเปนสารสเตอรอยดและขายดในปจจบน การสงเคราะห Ibuprofen เรมตนครงแรกในป 1960 โดย

บรษท Boots ประเทศองกฤษ การสงเคราะหม 6ข นตอนดวยกนซงใชสารเคมและพลงงานจ านวนมาก แตไดสารผลตภณฑทตองการนอยโดยมสารผลตภณฑขางเคยงและของเสยปรมาณมาก ตอมาในป 1990 บรษท BHC ซงไดท าการวจยและไดคนพบวธใหมในการสงเคราะห Ibuprofen ซงมเพยง 3 ข นตอนและมประสทธภาพมากกวาวธการเดม สารต งตนถกเปลยนเปนสารผลตภณฑทตองการไดมากกวาและของเสย น อยกว า ซ งท ง 2 วธก าร เรมต น จาก 2-methylpropylbenzene ซงไดมาจากอตสาหกรรม ปโตรเคม สงส าคญคอการคนพบตวเรงปฏกรยาใหมในขนตอนทสองทชอวา Raney nickel ซงชวยลดขนตอนการสงเคราะหใหนอยลงกวาเดม ดงรปท 8

รปท 8 การสงเคราะห Ibuprofen ดวยวธเกา (ประกอบดวย 6 ขนตอน) และวธใหม (ประกอบดวย 3 ขนตอน)


13

ในการสงเคราะหแบบเกาแตละขนจะตองได ผลผลต 90 เปอรเซนต เพอทจะใหไดสารผลตภณฑสดทายมปรมาณ 40 เปอรเซนตจากสารตงตน ซง การสงเคราะหดวยวธนจะไดผลตภณฑขางเคยงและของเสยทไมตองการเพมตามไปดวย พลงงานถกใชอยางมากในกระบวนการผลตทไมมประสทธภาพน ในวธเคมสเขยวการสงเคราะห Ibuprofen ใชเพยง 3 ข นตอน ผลตภณฑสดทายทไดคอ 77 เปอรเซนต ในขณ ะทตว เรงปฏกรย า Raney Nickel สามารถ น ากลบมาใชใหมได แตในการผลตวธเกา AlCl3 ถกใชเปนตวเรงปฏกรยาซงตองถกทงเปนของเสยอนตรายและพลงงานทใชในวธท 2 กนอยกวามาก [22-23] วธการสงเคราะห Ibuprofen ดวยวธใหมเปนตวอยาง ทดของเคมสเขยวกลาวคอมอทธพลตอการปรบปรงการผลตทางอตสาหกรรมไม เพยงแตประหยดในแงเศรษฐศาสตร แตยงเปนการใชวทยาศาสตรและเทคโน โลย เขามาช วย ในกระบวนการผลต ใหมประสทธภาพเพมขนอกดวย

นอกจากนยงมงานวจยทศกษากระบวนการสกดโดยอาศยของไหลเหนอวกฤต (Supercritical fluid extraction) ซงก าลงเปนกระบวนการทไดรบความนยมในการสกดสารจากพชสมนไพร เนองจากสามารถลดปรมาณการใชตวท าละลายอนทรย ซงชวยลดปญหาทางดานสงแวดลอม

ต ว อ ย า ง งาน ว จย ได แ ก ก า รศ ก ษ าก า รเปรยบเทยบการสกดโดยอาศยของไหลเหนอวกฤตกบการสกดโดยวธอนๆ โดย Stashenko และคณะ [24] ศกษาการสกดสารจากผลของ Colombian Xylopia aromatica (Lamarck) และ Grigonis และคณ ะ [25] ศกษาการสารสกดทมฤทธตานอนมลอสระจากใบ ของ Hierochloe odorata ซงพบวาการสกดโดยอาศยของไหลเหนอวกฤตสามารถสกดสารทตองการได อยางมประสทธภาพ และไดปรมาณสารสกดแตละสวนประกอบในปรมาณสง โดยมความแปรปรวนของ แตละสวนประกอบนอยกวาวธการอนๆ

เทคนคการสกดสารดวยของไหลเหนอวกฤตมขอดหลายประการ เชน สามารถเลอกสกดเฉพาะสารส าคญทตองการไดโดยวธการปรบสภาวะในการสกดใหเหมาะสม จงท าใหไดสารทมความบรสทธสงกวา

ไมมสารเคมตกคาง ท าใหเหมาะสมตอการสกดสารเพอใชเปนอาหาร ยา และเครองส าอาง

บทสรป เคมสเขยวเปนศาสตรทมงเนนการแกไขปญหา

ทางสงแวดลอมโดยยดหลก 12 ขอ โดยเคมพนฐานและเคมประยกตแขนงตางๆ ลวนแลวแตเกยวของกบเคม สเขยวซงมงเนนพฒนา วจยดวยวตถประสงคอนเปนจดมงหมายเดยวกน คอการเพมประสทธภาพในกระบวนการผลตและสงเคราะห โดยเปนกระบวนการทปลอดภยและท าใหเกดมลภาวะนอยทสด

เอกสารอางอง [1] Anastas, P.T. and Warner, J.C. 1998. Green

Chemistry: Theory and Practice. New York: Oxford University Press.

[2] Alves, H.J. and et al. 2014. “Treatment of Clay with KF: New Solid Catalyst for Biodiesel Production”. Appl. Clay Sci. 91-92: 98-104.

[3] Hassan, H. and Hameed, B.H. 2011. “Fe-Clay as Effective Heterogeneous Fenton Catalyst for the Decolorization of Reactive Blue 4”. Chem. Engineer. J. 171: 912-918.

[4] Ausavasukhi, A. and Sooknoi, T. 2015. “Oxidation of Tetrahydrofuran to Butyrolactone Catalyzed by Iron-Containing Clay”. Green Chem. 17: 435-441.

[5] กนกพร โกษะโยธน. 2544. การบ าบดโลหะหนกในน าเสยจากหองปฏบตการวเคราะหคณภาพน าดวยชานออย. วทยานพนธวทยาศาสตรมหาบณฑต: มหาวทยาลยมหดล.

[6] อาทตย อศวสข และคณะ. 2557. “การดดซบฟนอลและสยอมจากสารละลายดวยลโอนารไดตและดนแดง”. การประชมสมมนาเชงวชาการ รปแบบพลงงานทดแทนส ชมชนแหงประเทศไทยครง ท 7 ณ มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลรตนโกสนทร วทยาเขต


14

ว ง ไ ก ล ก ง ว ล ป ร ะ จ ว บ ค ร ข น ธ 12-14 พฤศจกายน หนา 416-421.

[7] รศม สทธขนแกว และนวดล เหลาศรพจน. 2554. “พ ฒ น า ต ว ด ด ซ บ เ พ อ บ า บ ด ก า ซไฮโดรเจนซลไฟดออกจากกาซธรรมชาต ”. วารสารประชาคมวจย. 97: 18-19.

[8] Kunthadong, P. and et al. 2015. “Biodegradable Plasticized Blends of Poly(L-lactide) and Cellulose Acetate Butyrate: From Blend Preparation to Biodegradability in Real Composting Conditions”. J. Polym. Environ. 23(1): 107-113.

[9] Sawaddee, P. and et al. 2014, “Compatibility Studies of Natural Rubber/Resistant Starch Type 4 Blends for Use as Biodegradable Materials”. Pure and Applied Chemistry International Conference 2014. Centara Hotel and Convention Centre, Khon Kaen, 8-10 January, p. 730-732.

[10] Khongjangreed, P. and et al. 2014, “Preparation and Properties Testing of Environmentally Biodegradable Based on Starch for Agricultural Application”. Macro 2014, Chiang Mai, 6-11 July, p. 92-94.

[11] Arthur, C.L. and Pawliszyn, J. 1990. “Solid Phase Microextraction with Thermal Desorption Using Fused Silica Optical Fibers”. Anal. Chem. 62: 2145-2148.

[12] Sarafraz-Yazdi, A. and Amiri, A. 2010. “Liquid-Phase Microextraction. Trends Anal. Chem. 29: 1-14.

[13] Rezaee, M. and et al. 2006. “Determination of Organic Compounds in Water Using Dispersive Liquid-Liquid Microextraction”. J. Chromatogr. A. 1116: 1-9.

[14] Soisungnoen, P., Burakham, R. and Srijaranai, S. 2012. “Determination of Organophosphorus Pesticides Using

Dispersive Liquid-Liquid Microextraction Combined with Reversed Electrode Polarity Stacking Mode-Micellar Electrokinetic Chromatography”. Talanta. 98: 62-68.

[15] Ordoñez, E.Y. and et al. 2015. “Determination of Artificial Sweeteners in Beverages with Green Mobile Phases and High Temperature Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry”. Food Chem. 169: 162-168.

[16] Langlois, M.H. and et al. 2015. “Development of a Solvent-Free Analytical Method for Paracetamol Quantitative Determination in Blood Brain Barrier in vitro Model”. J. Chromatogr. B. 988: 20-24.

[17] Pokhodenko, V.D. and Pavlishchuk, V.V. 2002. “Green Chemistry and Modern Technology”. Theor. Exp. Chem. 38(2): 69-87.

[18] Matthews, M.A. 2001. “Green Electrochemistry. Examples and Challenges”. Pure Appl. Chem. 78(8): 1305-1321.

[19] Intarakamhang, S. and Schulte, A. 2012. “Automated Electrochemical Free Radical Scavenger Screening in Dietary Samples”. Anal. Chem. 84(15): 6767-6774.

[20] Abedinifar, S. and et al. 2009. “Ethanol Production by Mucor indicus and Rhizopus oryzae from Rice Straw by Separate Hydrolysis and Fermentation”. Biomass Bioenerg. 33: 828-833.

[21] Shi, J. and et al. 2009. “Effect of Microbial Pretreatment on Enzymatic Hydrolysis and Fermentation of Cotton Stalks for Ethanol Production”. Biomass Bioenerg. 33: 88-96.


15

[22] Royal Society of Chemistry (RSC). 2015. Ibuprofen-a case study in green chemistry. http://www.rsc.org/education/ teachers/learnnet/ibuprofen/ibuprofen.pdf. 20 November.

[23] American Chemical Society. 2015. The BHC Company Synthesis of Ibuprofen. A Greener Synthesis of Ibuprofen which Creates Less Waste and Fewer Byproducts. http://www.epa.ohio.gov/ portals /41/p2/ibuprofencasestudy.pdf. 20 November.

[24] Stashenko, E.E., Jaramillo, B.E. and Martínez, J.R. 2004. “Analysis of Volatile Secondary Metabolites from Colombian Xylopia aromatica (Lamarck) by Different Extraction and Headspace Methods and Gas Chromatography”. J. Chromatogr. A. 1025: 105-113.

[25] Grigonis, D. and et al. 2005. “Comparison of Different Extraction Techniques for Isolation of Antioxidants from Sweet Grass (Hierochloë odorata)”. J. Supercrit. Fluids. 33: 223-233.

Documents

“เคมีสีเขียว” Green Chemistry - Ubon Ratchathani Universityแอแนสเทสและวอร เนอร ในบทความน จะเน