Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Green polyvinyl alcohol-based nanofibrous membranes for fine particulate matter filtration (PM2.5)
Year (A.D.)
2022
Document Type
Thesis
First Advisor
ศิริมา ปัญญาเมธีกุล
Second Advisor
อภิชาติ อิ่มยิ้ม
Faculty/College
Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)
Department (if any)
Department of Environmental Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม)
Degree Name
วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level
ปริญญาโท
Degree Discipline
วิศวกรรมสิ่งแวดล้อม
DOI
10.58837/CHULA.THE.2022.1383
Abstract
สถานการณ์ฝุ่นละอองขนาดเล็ก (PM2.5) ในปัจจุบันที่ยังคงปรากฏให้เห็นในประเทศไทย โดยเฉพาะฤดูหนาว ส่งผลกระทบและผลเสียต่าง ๆ อย่างมากในแง่ของสุขภาพ หน้ากากกรองอากาศเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ที่จำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงและป้องกันปัญหาในสุขภาพ งานวิจัยนี้มุ่งเน้นและให้ความสนใจในเรื่องของการเตรียมเมมเบรนจากพอลิไวนิลแอลกอฮอล์ เพื่อนำมาประยุกต์ใช้เป็นแผ่นกรองอากาศ โดยเฉพาะสามารถกรองฝุ่นละอองขนาดละเอียด (particulate matter, PM2.5) ได้ พอลิไวนิลแอลกอฮอล์เป็นพอลิเมอร์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่งนำมาขึ้นรูปเส้นใยนาโนโดยเตรียมจากกระบวนการขึ้นรูปด้วยเทคนิคการปั่นเส้นใยด้วยไฟฟ้าสถิต หรือที่เรียกว่า “อิเล็กโตรสปินนิง” ซึ่งกระบวนการนี้ทำให้เส้นใยที่ได้มีขนาดเล็กในระดับนาโนเมตร มีรูพรุนจำนวนมาก ซึ่งส่งผลต่อพื้นผิวการใช้งานของแผ่นกรองในการใช้งานฟังก์ชันต่าง ๆ จึงเหมาะสำหรับการนำมาขึ้นรูปเป็นเส้นใยนาโนจากพอลิไวนิลแอลกอฮอล์ และการนำไปใช้เป็นเมมเบรนในการกรองอากาศ จากผลการเตรียมเมมเบรนชนิดเส้นใยนาโนอิเล็กโตรสปัน พบว่า จากการเตรียมขึ้นรูปเส้นใยนาโนใช้พารามิเตอร์ที่ความเข้มข้นของสารละลาย 10%wt, ศักย์ไฟฟ้า 20 kV, และ ระยะการปั่น 14 cm เส้นใยนาโนที่ได้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยอยู่ที่ 235 ± 70 nm ซึ่งอยู่ระหว่าง 100 - 300 นาโนเมตร และมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางลดลงเฉลี่ยอยู่ที่ 224 ± 53 nm เมื่อทำการเชื่อมขวางด้วยกรดซิตริก 10% และให้ความร้อนแก่เส้นใยนาโนที่อุณหภูมิ 120 และ 140 องศาเซสเซียส พบว่า ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ที่ 189 ± 60 nm และ 161 ± 60 nm ซึ่งลักษณะสัณฐานวิทยาของเส้นใยจะมีความสม่ำเสมอ เรียงกันแบบไม่ถักทอ (non-woven fabric) และไม่มีปุ่มปม นอกจากนี้เมื่อคัดเลือกนำเส้นใยทั้ง 3 ชนิด ได้แก่ เมมเบรนชนิดที่ 1 เส้นใยที่ไม่ได้รับการเชื่อมขวางจากกรดซิตริกจากการเตรียมสารละลายที่ความเข้มข้นของสารละลาย 10%wt โดยใช้ศักย์ไฟฟ้า 20 kVและ ระยะการปั่น 14 cm ถัดมาเป็นเมมเบรนชนิดที่ 2 และ 3 เส้นใยที่ได้รับการเชื่อมขวางด้วยกรดซิตริกที่อุณหภูมิ 120 และ 140 องศาเซสเซียส ตามลำดับ ไปทำการทดสอบประสิทธิภาพการกรองอากาศ พบว่า มีค่ามากกว่า 75% โดยหากพิจารณาประสิทธิภาพการกรอง PM2.5 จะอยู่ที่ประมาณมากกว่า 80% และมีแรงดันตกคร่อมอยู่ในช่วง 1.15 – 1.20 mmH2O/cm2 จึงสามารถสรุปได้ว่า การขึ้นรูปเส้นใยนาโนจากพอลิไวนิลแอลกอฮอล์จากกระบวนการอิเล็กโตรสปินนิงและการเชื่อมขวางด้วยกรดซิตริกสามารถนำไปใช้เป็นแผ่นกรองอากาศได้ในอนาคต
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
With the persistent presence of fine particulate matter (PM2.5) in Thailand, there are many impacts that are harmful to health. An air filter mask is one of the tools needed to avoid and prevent health problems. This study concentrated on the production of environmentally friendly polyvinyl alcohol membranes that may be applied as air filters, especially to filter fine particulate matter (PM2.5). To prepare nanofibers, the electrostatic spinning process also known as "Electrospinning" is used in which the fibers are reduced to the nanoscale level by electrospinning process. The polyvinyl alcohol nanofibers that are produced are very porous, which influences the filter’s usable surface in various ways especially for air filtration. From the results of the electrospun nanofiber membrane preparation, the nanofibers' average diameter was discovered to be 235 ± 70 nm by forming the nanofibers at a solution concentration of 10%wt, voltage 20 kV, and spinning distance of 14 cm. The nanofibers crosslink with 10% citric acid (a solution concentration of 10%wt, voltage 20 kV, and spinning distance of 14 cm) before heating, have diameters of 224 ± 53 nm. Next, heating the nanofiber at 120°C and 140°C yield average diameters of 189 ± 60 nm and 161 ± 60 nm, respectively. The air filtration efficiency was found to be more than 75% for all three types of fibers produced. Three types of fibers, including uncross-linked fiber and CA crosslinked fiber were tested at 120°C and 140°C. The pressure drop ranged from 1.15 to 1.20 mmH2O/cm2 and the PM2.5 filtration efficiency was about 80%. From the experiment, it can be concluded that air filters with satisfying filtration efficiency can be made from polyvinyl alcohol nanofibers created by electrospinning and crosslinking with citric acid.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
ชิตจุ้ย, ฐิตาพร, "เมมเบรนชนิดเส้นใยนาโนแบบกรีนจากพอลิไวนิลแอลกอฮอล์สำหรับการกรองอนุภาคละเอียด" (2022). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 73829.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/73829