การศึกษาผลการเตรียมที่มีต่อสมบัติของ RF gel/RF carbon gel และการนำ RF gel/carbon gel ไปใช้ประโยชน์ : รายงานวิจัยฉบับสมบูรณ์

Abstract

รีโซซินอล-ฟอร์มัลดีไฮด์ เจล เป็นวัสดุตั้งต้นที่มีความเหมาะสมในการเตรียมเป็นคาร์บอนที่มีรูพรุนในช่วงไมโครพอร์และมีโซพอร์ได้ โดยปรกติแล้ว รีโซซินอล-ฟอร์มัลดีไฮด์เจล เตรียมขึ้นด้วยวิธี โซล-เจล พอลีคอนเดนเซซัน ของ รีโซซินอล กับ ฟอร์มัลดีไฮด์ ภายใต้สารละลายที่เป็นด่าง ในงานวิจัยนี้แบ่งศึกษาเป็น 3 ส่วน ได้แก่ ส่วนที่ 1 ศึกษาความเป็นไปได้ในการใช้กระบวนการอบแห้งด้วยคลื่นไมโครเวฟเพื่อใช้ในการอบแห้ง RF Gel ที่เตรียมด้วยการใช้คลื่นเหนือเสียงระหว่างกระบวนการโซล เจล พอลีคอนเดนเซซัน พบว่าเมื่อใช้คลื่นไมโครเวฟในการอบแห้ง ปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดด่างหรือค่า C/W ต้องมีค่าน้อยกว่า 40 โมลต่อลูกบาศก์เมตรเพื่อรักษารูพรุนแบบมีโซไว้ แต่เมื่อค่า C/W มาก (C/W มากกว่า 40 โมลต่อลูกบาศก์เมตร) คาร์บอนเจลจะมีรูพรุนแบบมีโซน้อยมาก ในงานวิจัยนี้คาร์บอนเจลที่มีรูพรุนแบบมีโซถูกเตรียมขึ้นโดยการปรับเปลี่ยนอัตรส่วนเชิงโมลของรีโซซิ-นอลกับตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดด่างหรือค่า R/C ในสารสะลายรีโซซินอล-ฟอร์มัลดีไฮด์ และการใช้คลื่นเหนือเสียงระหว่างขั้นตอนโซล-เจล โพลีคอนเดนเซซัน แล้วตามด้วยการอบแห้งด้วยคลื่นไมโครเวฟ (Microwave drying) พบว่าภายใต้สภาวะการเตรียมที่มีค่า C/W สูง (C/W เท่ากับ 80 โมลต่อลูกบาศก์เมตร) การใช้คลื่นเหนือเสียงและการเพิ่มค่า R/C ในสารสะลายรีโซซินอล-ฟอร์มัลดีไฮด์ในช่วง 100 ถึ. 200 โมลต่อโมล ทำให้คาร์บอนเจลที่ได้จากการอบแห้งด้วยคลื่นไมโครเวฟสามารถรักษารูพรุนแบบโซไว้ได้หลังการเผาให้เป็นคาร์บอน ส่วนที่ 2 ศึกษาความเป็นไปได้ในการเตรียมอนุภาคคาร์บอนเจลทีมีขนาดเล็กมาก ด้วยการใช้คลื่นเหนือเสียงในกระบวนการอิมัลชัน จากผลการศึกษาพบว่าอนุภาคคาร์บอนขนาดเล็กมากที่มีรูพรุนในช่วงมีโซพอร์ซึ่งได้จากการคาร์บอไนซ์อนุภาครีโซซินอล-ฟอร์มัลดีไฮด์ซึ่งมีขนาดเล็กมาก ซึ่งเตรียมได้ด้วยวิธีอิมัลชันชนิดน้ำในน้ำมันด้วย SPAN80 และคลื่นเหนือเสียง โดยได้พื้นที่ผิว BET เป็น 510-610 sq.m./g ปริมาตรรูพรุนในช่วงมีโซพอร์ เป็น 0.86 cb.cm./g นอกจากนั้นยังพบคลื่นเหนือเสียงส่งผลต่อสมบัติพื้นผิวและรูพรุนในช่วงมีโซพอร์อย่างเห็นได้ชัด จากการสังเกตเปรียบเทียบกับการใช้ใบกวนโฮโมจิไนซ์เซอร์ในการเตรียมสารอิมัลชันพบว่า คลื่นเหนือเสียงสามารถเตรียมอนุภาคคาร์บอนที่มีขนาดเล็กกว่ามากได้ และส่วนที่ 3 ศึกษากระบวนการเตรียมเรโซซินอลฟอร์มาลดีไฮด์เจล และคาร์บอนเจล ด้วยวิธีต่างกันคือ ใช้สารลดแรงตึงผิวชนิดแคทอิออนิก (RF-CS) และไม่ใช้สารลดแรงตึงผิว (RF-NS) โดย RF-NS Carbon มีสมบัติความเป็นรูพรุนดีที่สุดทั้งปริมาตรรูพรุนระดับเมโซเป็น 0.81 cb.cm./g พื้นที่ผิวเป็น 550 sq.m./g และค่าสูงสุดการกระจายตัวของรูพรุนระดับเมโซ (Rp) เป็น 7.2 nm จากนั้นนำ RF gel และ RF carbon gel ที่เตรียมได้ไปใช้ตรึงเอนไซม์แอลคาไลน์โปรติเอส และเอนไซม์ไลเปส ด้วยวิธีการตรึงที่แตกต่างกันคือ การตรึงด้วยวิธีดูดซับทางกายภาพ และวิธีห่อหุ้มในโพรงเจล จากผลการวิจัยพบว่าการตรึงด้วยวิธีห่อหุ้มในโพรงเจลของ RF-NS Gel สามารถตรึงเอนไซม์แอลคาไลน์โปรติเอส และเอนไซม์ไลเปสได้สูงที่สุดเป็น 86.30% และ 84.36% ของปริมาณเอนไซม์เริ่มต้นตามลำดับ และเมื่อพิจารณาค่ากิจกรรมจำเพาะของเอนไซม์พบว่าเอนไซม์แอลคาไลน์โปรติเอสที่ตรึงบน RF-CS Carbon มีค่ากิจกรรมจำเพาะที่สูงสุดเป็น 103.80 units/ml-mg protein เปรียบเทียบกับเอนไซม์อิสระที่มีกิจกรรมจำเพาะเป็น 50.58 units/ml-mg protein ในขณะที่เอนไซม์ไลเปสที่ตรึงบน RF-NS Carbon มีากิจกรรมจำเพาะที่สูงสุดเป็น 23.35 units/ml-mg protein เปรียบเทียบกับเอนไซม์อิสระ ที่มีกิจกรรมจำเพาะเป็น 9.69 units/ml-mg protein เอนไซม์ที่ตรึงใน RF-NS Gel และ RF-NS Carbon Gel มีเสถียรภาพในการเร่งปฏิกิริยาสูงกว่าเอนไซม์อิสระ โดยภายหลังการเร่งปฏิกิริยา 5 รอบ เอนไซม์แอลคาไลน์โปรติเอสที่ตรึงใน RF-NS Gel คงกิจกรรมไว้ได้สูงสุดเป็น 64.89% ขณะที่เอนไซม์ไลเปสที่ตรึงบน RF-NS Carbon คงกิจกรรมไว้ได้สูงที่สุดเป็น 62.23% และภายหลังการเก็บรักษาเอนไซม์ที่อุณหภูมิห้องและอุณหภูมิ 4 องซาเซลเซียล เป็น 4 สัปดาห์ พบว่าทั้งเอนไซม์แอลคาไลน์โปรติเอส และเอนไซม์ไลเปสที่ตรึงบน RF-NS Carbon สามารถรักษากิจกรรมไว้ได้สูงที่สุด โดยสามารถรักษากิจกรรมภายหลังการเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียล เป็นเวลา 4 สัปดาห์ ได้มากกว่า 94 องศาเซลเซียล