การเป นสารเร งปฏิกิริยาด วยแสงX-Ray diffractometry (XRD), Fourier-transformed Infrared Spectrophotometry (FT-IR), Diffused Reflectance

$Page 1: การเป นสารเร งปฏิกิริยาด วยแสงX-Ray diffractometry (XRD), Fourier-transformed Infrared Spectrophotometry (FT-IR), Diffused Reflectance$
การสังเคราะหซิงคเฟอรไรต-ไทเทเนียมไดออกไซด โฟโตคะตะลิสตและศึกษาสมบัต ิการเปนสารเรงปฏิกิริยาดวยแสง

โดย นางสาวจุฑามนัส วงศยะรา

วิทยานิพนธนี้เปนสวนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิชาเคมีศึกษา

ภาควิชาเคม ีบัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยศิลปากร

ปการศึกษา 2557 ลิขสิทธิ์ของบัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยศิลปากร

สำนกัหอ

สมุดกลาง

การสังเคราะหซิงคเฟอรไรต-ไทเทเนียมไดออกไซด โฟโตคะตะลิสตและศึกษาสมบัต ิการเปนสารเรงปฏกิิริยาดวยแสง

โดย นางสาวจุฑามนัส วงศยะรา

วิทยานิพนธนี้เปนสวนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิชาเคมีศึกษา

ภาควิชาเคม ีบัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยศิลปากร

ปการศึกษา 2557 ลิขสิทธิ์ของบัณฑิตวิทยาลัย มหาวทิยาลัยศิลปากร



SYNTHESIS OF ZINC FERRITE-TITANIUM DIOXIDE PHOTOCATALYST AND A STUDY ON ITS PHOTOCATALYTIC

By Miss Chutamanut Wongyara

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree

Master of Science Program in Chemical Studies Department of Chemistry

Graduate School, Silpakorn University Academic Year 2014

Copyright of Graduate School, Silpakorn University



บัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยศิลปากร อนุมัติใหวิทยานิพนธเรื่อง “ การสังเคราะหซิงคเฟอรไรต-ไทเทเนียมไดออกไซด โฟโตคะตะลิสตและศึกษาสมบัติการเปนสารเรงปฏิกิริยาดวยแสง ” เสนอโดย นางสาวจุฑามนัส วงศยะรา เปนสวนหน่ึงของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิชาเคมีศึกษา

……………....……........................................................... (รองศาสตราจารย ดร.ปานใจ ธารทัศนวงศ) คณบดีบัณฑิตวิทยาลัย

วันที่..........เดือน.................... พ.ศ........... อาจารยที่ปรึกษาวิทยานิพนธ 1. อาจารย ดร.ชีวิตา สุวรรณชวลิต 2. อาจารย ดร.ธรวิภา พวงเพ็ชร 3. ดร.กฤตภาส เลาหสุรโยธิน คณะกรรมการตรวจสอบวิทยานิพนธ .................................................... ประธานกรรมการ (รศ.ดร.สุพรรณี ฉายะบุตร) ............/......................../.............. .................................................... กรรมการ .................................................... กรรมการ (อาจารย ดร.กัญจนรัตน สุขรัตน) (อาจารย ดร.ธรวิภา พวงเพ็ชร) ............/......................../.............. ............/......................../.............. .................................................... กรรมการ .................................................... กรรมการ (อาจารย ดร.ชีวิตา สุวรรณชวลิต) (ดร.กฤตภาส เลาหสุรโยธิน) ............/......................../.............. ............/......................../..............



ง

56301202: สาขาวิชาเคมีศึกษา คําสําคัญ: ซิงคเฟอรไรต / ไทเทเนียมไดออกไซด / สารเรงปฏิกิริยาดวยแสง จุฑามนัส วงศยะรา : การสังเคราะห ซิงคเฟอรไรต-ไทเทเนียมไดออกไซด โฟโตคะตะลิสตและศึกษาสมบัติการเปนสารเรงปฏิกิริยาดวยแสง. อาจารยที่ปรึกษาวิทยานิพนธ : อ.ดร.ชีวิตา สุวรรณชวลิต, อ.ดร.ธรวิภา พวงเพ็ชร และ ดร.กฤตภาส เลาหสุรโยธิน. 116 หนา. ไทเทเนียมไดออกไซดสามารถสลายสารมลพิษในนํ้าและอากาศโดยใชแสงไดดี แตมีประสิทธิภาพในการเรงปฏิกิริยาดวยแสงจํากัดในชวงของแสงยูวีและมีขอจํากัดเรื่องการแยกอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซดกลับมาใชใหม ผูวิจัยจึงทําการศึกษาการสังเคราะหวัสดุผสมสารแมเหล็กกับไทเทเนียมไดออกไซด (ZnFe2O4-TiO2) มาปรับชวงของการดูดกลืนแสงของอนุภาคใหสามารถดูดกลืนแสงในชวงวิสิเบิลมากข้ึน ซึ่งชวยใหสามารถทํางานภายใตแสงอาทิตยไดกวางข้ึนและตัวเรงปฏิกิริยาดังกลาวสามารถแยกออกจากสารละลายดวยแทงแมเหล็กภายนอก โดยการสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล โซลเจล และโซลเจล-ไดอะไลซิส หลังจากน้ันนําผลิตภัณฑที่สังเคราะหไดมาวิเคราะหดวยเทคนิค Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray diffractometry (XRD), Fourier-transformed Infrared Spectrophotometry (FT-IR), Diffused Reflectance Ultraviolet-visible Spectroscopy (DRS), Brunauer-Emmett-Teller (BET), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) พบวา วัสดุผสมมีโครงสรางของทั้ง ZnFe2O4 และTiO2 และสามารถเลื่อนแถบการดูดกลืนแสงของไทเทเนียมไดออกไซดใหเขามาอยูในชวงวิสิเบิลไดดีข้ึน และตัวเรงปฏิกิริยาที่เตรียมไดถูกนํามาทดสอบประสิทธิภาพในการสลายสารอินทรีย โดยใชเมทิลลีนบลูและออเรนจ II เปนสารทดสอบ พบวาประสิทธิภาพในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงเปนดังน้ี TiO2 solgel-dialysis > ZnFe2O4 precipitation-TiO2 (1:6) solgel > ZnFe2O4 precipitation ซึ่งอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 สามารถแยกเก็บไดดวยแทงแมเหล็กภายนอก ภาควิชาเคมี บัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยศิลปากร ลายมือช่ือนักศึกษา………………………………………. ปการศึกษา 2557 ลายมือช่ืออาจารยที่ปรึกษาวิทยานิพนธ 1. ……………………. 2. ……………………… 3. ………………………..



56301202: MAJOR : CHEMICAL STUDIES KEY WORD: ZINCFERRITE / TITANIUM DIOXIDE / PHOTOCATALYSIS CHUTAMANUT WONGYARA : SYNTHESIS OF ZNFE2O4-TIO2 PHOTOCATALYST AND A STUDY ON ITS PHOTOCATALYTIC. THESIS ADVISORS : CHEEWITA SUWANCHAWALIT, Ph.D., TARAWIPA PUANGPETCH, Ph.D., KRITAPAS LAOHHASURAYOTIN, Ph.D. 116 pp. TiO2 photocatalysts are a promising substrate for photodegradation of pollutants in water and air. However, their photocatalytic activities show only under ultraviolet (UV) light and TiO2 was separate difficult for recycle. In order to extend its absorption into the visible region the surface of titanium dioxide was modified with ZnFe2O4-TiO2 composite photocatalysts by prepared through hydrothermal, solgel and solgle-dialysis method. The sample were characterized by various techniques such as scanning electron microscopy (SEM), X-ray Powder Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectrometry (FTIR), Diffuse Reflectance Spectroscopy (DRS), UV-Visible Spectroscopy (UV-Vis), Brunauer-Emmett-Teller (BET), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). The microstructure analysis reveals a spinel structure of ZnFe2O4 and an anatase phase of TiO2. The photocatalytic results reveal that the prepared composite photocatalysts could be degrade the methylene blue and Orange II molecules under visible irradiation. The composite photocatalysts showed the photocatalytic efficiency as TiO2 solgel-dialysis > ZnFe2O4 precipitation-TiO2 (1:6) solgel > ZnFe2O4 precipitation and ZnFe2O4 precipitation-TiO2 (1:6) have an efficient magnetic behavior which separated from solution using a magnet.

Department of Chemistry Graduate School, Silpakorn University Student's signature ........................................ Academic Year 2014 Thesis Advisors' signature 1. ................................2. ............................... 3. .................................

จ



กิตติกรรมประกาศ วิทยานิพนธ เรื่อง การสังเคราะห ZnFe2O4-TiO2 โฟโตคะตะลิสตและศึกษาสมบัติการเปนสารเรงปฏิกิร ิยาดวยแสงนี้สําเร็จลุลวงไปไดดวยดี ขาพเจาขอขอบพระคุณผูที ่ใหการสนับสนุนและใหความชวยเหลือทุกทาน โดยเฉพาะอยางยิ่ง อาจารย ดร.ชีวิตา สุวรรณชวลิต อาจารยที่ปรึกษาหลักโครงงานวิจัยที่กรุณาใหแนวคิดและคําแนะนําในการดําเนินงานวิจัย รวมทั้งสละเวลา ตลอดจนแกไขปญหาตาง ๆ มาโดยตลอด จนงานวิจัยครั้งน้ีสําเร็จลุลวงไปไดดวยดี ขอขอบพระคุณอาจารย ดร.ธรวิภา พวงเพ็ชร และ ดร.กฤตภาส เลาหสุรโยธิน อาจารยที่ปรึกษารวมโครงงานวิจัยซ่ึงไดใหคําปรึกษา คอยแนะนําแนวทางในการทําวิจัยเปนอยางดีเสมอมา ขอขอบพระคุณ รศ.ดร. สุพรรณี ฉายะบุตร และ อาจารย ดร.กัญจนรัตน สุขรัตน ที ่สละเวลามาเปนกรรมการในการสอบและใหคําชี้แนะ รวมทั้งแกไขขอบกพรองของงานวิจัยนี้ ขอขอบพระคุณเหลาคณาจารยภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตรทุกทานที่ไมไดกลาวถึงในที่นี้ ซึ่งชวยประสิทธิ์ประสาทวิชาและประสบการณใหแกขาพเจาในระดับปริญญาโทและขอขอบพระคุณ ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร มหาวิทยาลัยศิลปากร ที่ไดใหการสนับสนุนทั้งดานทุนวิจัย สารเคมี อุปกรณและเครื่องมือตางๆ รวมทั้งเจาหนาที่ประจําหองปฏิบัติการของภาควิชาเคมีทุกทานที่ไดใหความชวยเหลือและอํานวยความสะดวกตลอดระยะเวลาการทํางานวิจัยครั้งน้ี ทายน้ีขาพเจาขอขอพระคุณ บิดา มารดา และครอบครัว ที่ใหการสนับสนุน แนะนําส่ังสอนและใหกําลังใจแกขาพเจาเสมอมาโดยตลอดจนสําเร็จการศึกษา

ฉ



สารบัญ หนา บทคัดยอภาษาไทย………………………………………………………………………………………….. ง บทคัดยอภาษาอังกฤษ……………………………………………………………………………………… จ กิตติกรรมประกาศ……………………………………………………………………………………………. ฉ สารบัญตาราง…………………………………………………………………………………………………… ฌ สารบัญรูป………………………………………………………………………………………………………. ฎ บทที ่ 1 บทนํา………………………………………………………………………………………………… 1 ที่มาและความสําคัญ……………………………………………………………………………. 1 วัตถุประสงคของงานวิจัย……………………………………………………………………… 2 สมมติฐานของการวิจัย…………………………………………………………………………. 2 ขอบเขตของงานวิจัย……………………………………………………………………………. 2 ประโยชนที่คาดวาจะไดรับ……………………………………………………………………. 4 2 ทฤษฎีและงานวิจัยที่เกี่ยวของ………………………………………………………………. 5 การเรงปฏิกิริยา (Catalysis) ………………………………………………………………… 5 กระบวนการเรงปฏิกิริยาโดยใชแสงแบบวิวิธพันธ (Heterogeneous photocatalysis) ………………………………………………. 5 ปจจัยที่มีผลตอกระบวนการโฟโตคะตะลิสต……………………………………………… 6 ไทเทเนียมไดออกไซด (Titanium dioxide; TiO2) ……………………………………. 8 ซิงคเฟอรไรต (Zinc ferrite; ZnFe2O4) ………………………………………………..… 9 สียอม (Dye) ……………………………………………………………………………...…..……. 11 กระบวนการสังเคราะหตัวเรงปฏิกิริยา…………………………………..………………… 13 งานวิจัยที่เกี่ยวของ………………………………………………………………………………… 13 3 วัสดุและอปุกรณ……………………………………………………………………………………. 18 วิธีการทดลอง………………………………………………………………………………….……. 19 4 ผลการทดลองและอภิปรายผล……………………………………………………………… 24 ลักษณะทางกายภาพของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหได……………………………………………………………………………… 24 การศึกษาโครงสรางผลึกและขนาดของผลึกของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหไดดวยเทคนิค X-ray diffractometry (XRD)……………………… 30

การศึกษาหมูฟงกชันเคมีที่สําคัญของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ดวยเทคนิค Fourier Transform Infrared Spectrometry (FT-IR)……………………………………………………………………. 41

ช



บทที ่ หนา การศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ชนิดตางๆ ดวยกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอน แบบสองกราด (Scanning Electron Microscope; SEM)……………….. 50 การศึกษาลกัษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ดวยกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองผาน (Transmission Electron Microscope; TEM) ……………………………… 55 การศึกษาคาพลังงาน band gap ของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ดวยเทคนิค Diffused Reflectance UV-Vis Spectroscopy (UV/DRS) …………………………………………………………... 57 การศึกษาคุณสมบัติความเปนแมเหล็กของอนุภาค ZnFe2O4 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหไดดวยกระบวนการตางๆ ดวยเทคนิค Vibrating sample magnetometry (VSM) …………………………………… 69 การศึกษาเลขออกซิเดชันของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ดวยเทคนิคเอ็กซเรยโฟโตอิเล็กตรอน สเปกโตรสโคป (X-ray photo electron spectroscopy; XPS) ……………………………… 72 การศึกษาลักษณะพื้นที่ผิวเฉลี่ย และการกระจายตัวของรูพรุน ของอนุภาค ZnFe2O4 ,TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ดวยเทคนิค Brunauer-Emmett-Teller (BET) …………………………………………………. 75 การศึกษาประสิทธิภาพในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตางๆ ดวยเครื่องยูวี-วิสิเบิลสเปกโทรโฟโตมิเตอร (UV-visible

Spectrophotometer)……………………………………………………..…………… 79 5 สรุปผลการทดลอง………………………………………………………………………………… 96 ขอเสนอแนะในการทํางานวิจัย………………………………………………………………. 100 การนําไปประยุกตใช…………………………………………………………………………….. 100 รายการอางอิง…………………………………………………………………………………………………… 101 ภาคผนวก…………………………………………………………………………………………………………. 104 ภาคผนวก ก การคํานวณ………………………………………………………………………. 105 ภาคผนวก ข ผลงานเสนอทางวิชาการ……………………………………………………. 108 ประวัติผูวิจัย……………………………………………………………………………………………………… 116

ซ



สารบัญตาราง ตารางที ่ หนา

2.1 แสดงสมบัติตางๆ ของสียอมเมทิลีนบลู…………………………………………………… 11 2.2 แสดงสมบัติตางๆของสียอมออเรนจ II…………………………………………………….. 12 4.1 แสดงลักษณะทางกายภาพของอนุภาค ZnFe2O4 ในสภาวะตางๆ ที่ไดทําการศึกษา…………………………………………………………………………… 24 4.2 แสดงลกัษณะทางกายภาพของอนุภาค ZnFe2O4 เปลี่ยนอุณหภูมิ ที่ใชเผาเปน 600ºC เปนเวลา 4 ช่ัวโมง……………………………………………. 26 4.3 แสดงลักษณะกายภาพของอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการ ไฮโดรเทอรมอลและกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส…………………………. 27 4.4 แสดงลักษณะกายภาพของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ในสภาวะตางๆ ที่ไดทําการศึกษา……………………………………………………. 27 4.5 แสดงคาขนาดผลึกของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหได………………………… 38 4.6 แสดงคาขนาดผลึกของอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหได……………………………….. 39 4.7 แสดงคาขนาดผลึกของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหได………………… 39 4.8 แสดงหมูฟงกชันของ FT-IR spectrum ของ ZnFe2O4……………………………. 44 4.9 แสดงหมูฟงกชันของ FT-IR spectrum ของอนุภาค TiO2………………………… 45 4.10 แสดงหมูฟงกชันของ FT-IR spectrum ของเมทิลีนบลู…………………………….. 47 4.11 แสดงคาความยาวคลื่นที่วัดไดและคาพลังงาน Band gap ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหไดในสภาวะตางๆ…………………………………………. 62 4.12 แสดงคาความยาวคลื่นที่วัดไดและคาพลังงาน Band gap ของอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอลและกระบวนการ โซลเจล-ไดอะไลซิส………………………………………………………………………… 66 4.13 แสดงคาความยาวคลื่นที่วัดไดและคาพลังงาน Band gap ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล กระบวนการโซลเจลและกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส………………… 67 4.14 แสดงคา Magnetization ของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตางๆ…………………… 71 4.15 แสดงคาพื้นที่ผิว ขนาดของรูพรุนเฉลี่ย และปริมาตรของรูพรุนทั้งหมด ของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2……………………………. 78 4.16 แสดงสภาวะที่เหมาะสมที่ใชในการสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวยกระบวนการตกตะกอนรวม………………………………………………………. 82 4.17 แสดงสภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค TiO2 ดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส………………………………………………… 87 5.1 แสดงสภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวย กระบวนการตกตะกอนรวม……………………………………………………………. 96

ฌ



ตารางที่ หนา 5.2 แสดงสภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวย กระบวนการไฮโดรเทอรมอล…………………………………………………………… 96 5.3 แสดงสภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค TiO2 ดวย กระบวนการไฮโดรเทอรมอล……………………………………………………………. 96 5.4 แสดงสภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค TiO2 ดวย กระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส………………………………………………………. 97 5.5 แสดงสภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ดวยกระบวนการไฮโดร-เทอรมอล……………………………………………………. 97 5.6 แสดงสภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ดวยกระบวนการโซลเจล…………………………………………………………………. 97 5.7 แสดงสภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส………………………………………………… 97 ตารางผนวก ก.1 แสดงตัวอยางขอมูลจาก X-ray diffractrometer (XRD) ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยเผาที ่ อุณหภูมิ 800ºC เปนเวลา 5 ช่ัวโมง………………………………………………….. 105

ญ



สารบัญรูป รูปที่ หนา 2.1 แสดงกระบวนการเรงปฏิกิริยาดวยแสงโดยใชอนุภาค TiO2 เปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสง…………………………………………………………….. 8 2.2 แสดงลักษณะโครงสรางผลึกของอนุภาค TiO2…………………………………………. 9 2.3 แสดงลักษณะโครงผลึกของอนุภาค ZnFe2O4…………………………………………. 10 2.4 แสดงกระบวนการเรงปฏิกิริยาดวยแสง โดยใชไทเทเนียมไดออกไซด เปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสง และเลือกใชซิงคเฟอรไรต เปนตัวเซนซิไทซ…………………………………………………………………………….. 10 2.5 แสดงลักษณะทางกายภาพของสียอมเมทิลีนบลู………………………………………. 11 2.6 แสดงโครงสรางของสียอมเมทิลีนบลู………………………………………………………. 11 2.7 แสดงลักษณะทางกายภาพของสียอมออเรนจ II……………………………………… 12 2.8 แสดงโครงสรางของสียอมออเรนจ II……………………………………………………… 12 4.1 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมที่ใชอุณหภูมติางกัน…………. 30 4.2 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยสังเคราะหที่ pH ตางกัน……………………………………………………………. 31 4.3 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยมีเติมความเขมขน สารลดแรงตึงผิว (SDS) ตางกัน……………………………………………………….. 31 4.4 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชชนิดของตัวตกตะกอนตางกัน…………………………………………………. 32 4.5 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชชนิดของสารต้ังตนตางกัน……………………………………………………………. 32 4.6 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม และกระบวนการไฮโดรเทอรมอล……………………………………………………. 33

ฎ



รูปที่ หนา 4.7 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค TiO2 สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดร-เทอรมอลและ กระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส………………………………………………………. 34 4.8 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล………………………………………. 34 4.9 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการดวยกระบวนการโซลเจล………………………. 35 4.10 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส……………………………….. 35 4.11 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 อัตราสวน 1:6 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล โดยใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน……………………………………………………….. 36 4.12 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล โดยเพิ่มปริมาณของ ZnFe2O4 ใหมีอัตราสวนเปน 1:1, 2:1 และ 3:1…………………………………. 37 4.13 แสดง X-ray diffractionpatterns ของอนุภาค ZnFe2O4 hydrothermal-TiO2 อัตราสวน 1:6 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล…………………………. 37 4.14 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4 สังเคราะหดวยกระบวนการ ตกตะกอนรวมที่ใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน……………………………………… 41 4.15 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4 สังเคราะหดวยกระบวนการ ตกตะกอนรวม โดยสังเคราะหที่ pH ตางกัน……………………………………….. 41 4.16 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4 สังเคราะหดวยกระบวนการ ตกตะกอนรวม โดยมีเติมความเขมขนสารลดแรงตึงผิว (SDS) ตางกัน…… 42 4.17 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4 สังเคราะห ดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชชนิดของตัวตกตะกอนตางกัน……… 42 4.18 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4 สังเคราะห ดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชชนิดของสารต้ังตนตางกัน…………… 43 4.19 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะห ดวยกระบวนการตกตะกอนรวมและไฮโดรเทอรมอล……………………………. 43 4.20 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค TiO2 สังเคราะห ดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล และ กระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส ……………………………..……………………….. 44

ฏ



รูปที่ หนา 4.21 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 สังเคราะห ดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล…………………………………………………… 45 4.22 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 สังเคราะห ดวยกระบวนการโซลเจล…………………………………………………………………. 46 4.23 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 สังเคราะห ดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส………………………………………………… 46 4.24 แสดง FT-IR spectrum ของผงสียอมเมทิลีนบลู………………………………………. 47 4.25 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4 เปรียบเทียบกอน และหลังทําความสะอาดดวยไฮโดรเจนเปอรออกไซด………………………….. 48 4.26 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล เปรียบเทียบกอน และหลังทําความสะอาดดวยไฮโดรเจนเปอรออกไซด…………………………… 48 4.27 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค TiO2 สังเคราะหดวยกระบวนการ โซลเจล-ไดอะไลซิส เปรียบเทียบกอนและหลังทําความสะอาด ดวยไฮโดรเจนเปอรออกไซด………………………………………………………………. 49 4.28 ภาพถายจากกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราด (SEM) ที่กําลังขยาย 5000 เทา แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 ที่ใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน (a) 400ºC, 5h (b) 600ºC, 5h และ (c) 800ºC, 5h…………………………………………………………………………. 50 4.29 ภาพถายจากกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราด (SEM) ที่กําลังขยาย 5000 เทา แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 ที่ใช pH ในการสังเคราะหตางกัน (a) pH 5 (b) pH 8 และ (c) pH 12…………………………………………………………………………………. 51 4.30 ภาพถายจากกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราด (FESEM) ที่กําลังขยาย50,000 เทา แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยา ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่ใชความเขมขนของสารลดแรงตึงผิว ในการสังเคราะหตางกัน (a) ไมเติม SDS (b) 4.1 mM (c) 8.2 mM และ (d) 16.4 mM…………………………………………………………………………… 52

ฐ



รูปที่ หนา 4.31 ภาพถายจากกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราด (FESEM) ที่กําลังขยาย 30,000 เทา แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 ที่ใชตัวตกตะกอนในการสังเคราะหตางกัน (a) NH4OH (b) NaOH และ (c) Na2CO3…………………………………………………………….. 53 4.32 ภาพถายจากกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราด (SEM) ที่ กําลังขยาย 5000 เทา แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 ที่ใชสังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล………………….. 54 4.33 ภาพถายจากกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราด (FESEM) ที่กําลังขยาย 30,000 เทา แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหโดยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล…………………………….. 54 4.34 ภาพถายจากกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบแบบสองผาน (TEM) แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 สังเคราะหที่ pH 8 เผาที่อุณหภูมิ 800ºC, 5 h (a) ไมเติม SDS และ (b) เติม SDS 16.4 mM…………………………………………………………………… 55 4.35 ภาพถายจากกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบแบบสองผาน (TEM) แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชอุณหภูมิ ในการเผาที่ 600ºC, 4h (a) กําลังขยาย 50000 เทา และ (b) กําลังขยาย 200000 เทา……………………………………………………………. 55 4.36 ภาพถายจากจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบแบบสองผาน (TEM) ที่กําลังขยาย 200000 เทา แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยา ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะหโดยกระบวนการ ไฮโดรเทอรมอล (a) อัตราสวน 1:1 (b) อัตราสวน 1:3 และ (c) อัตราสวน 1:6…………………………………………………………………… 56 4.37 ภาพถายจากจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบแบบสองผาน (TEM) แสดงลักษณะ ทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะห โดยกระบวนการโซลเจล (a) กําลังขยาย 50000 เทา และ (b) กําลังขยาย 200000 เทา……………………………………………………. 56 4.38 แสดง UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน………………………………………………………… 57

4.39 แสดงตัวอยางการหา onset ของ UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการ ตกตะกอนรวม โดยใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน..................................... 58

ฑ



รูปที่ หนา 4.40 แสดงตัวอยางหาคาพลังงาน Band gap โดยการ plot กราฟ Indirect band-gap transition spectraของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมและ เผาที่อุณหภูมิ 800ºC เปนเวลา 5 ช่ัวโมง………………………………………… 59 4.41 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap transition spectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยโดยสังเคราะหที่ pH ตางกัน…………………………………………………………. 59 4.42 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap transition spectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยมีเติมความเขมขนสารลดแรงตึงผิว (SDS) ตางกัน………………………….. 60 4.43 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap transition spectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชชนิดของตัวตกตะกอนตางกัน………………………………………………… 56 4.44 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap transition spectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชชนิดของสารต้ังตนตางกัน……………………………………………………….. 61 4.45 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap transition spectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมและกระบวนการ ไฮโดรเทอรมอล………………………………………………………………………………. 61 4.46 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap transition spectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล…………………………………….. 63 4.47 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap transition spectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการดวยกระบวนการโซลเจล………………………… 64 4.48 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap transition spectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซสิ……….. 64

ฒ



รูปที่ หนา 4.49 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap transition spectra ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการดวยกระบวนการโซลเจล โดยใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน……………………………………………..………… 65 4.50 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap transition spectra ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการดวยกระบวนการโซลเจล โดยเพิ่มปริมาณของอนุภาค ZnFe2O4 ……………………………………………… 65 4.51 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap transition spectra ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการดวยกระบวนการโซลเจล โดยใชอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหข้ึนดวย กระบวนการไฮโดรเทอรมอล……………………………………………………………… 66 4.52 แสดง Magnetization curve ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะห ดวยกระบวนการตกตะกอนรวมและกระบวนการไฮโดรเทอรมอล…………. 69 4.53 แสดง Magnetization curve ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะห ดวยกระบวนการตกตะกอนรวมและอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล………………………………………………….. 70 4.54 แสดง Magnetization curve ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะห ดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอลและอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล………………………………………………… 70 4.55 แสดง การใชแทงแมเหล็กภายนอกแยกอนุภาคที่สังเคราะหได ออกจากสารละลาย……………………………………………………………………………… 71 4.56 แสดง XPS- spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4………………………………………… 72 4.57 แสดง XPS- spectrum ของอนุภาค TiO2……………………………………………… 72 4.58 แสดง XPS- spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2………………………………… 73 4.59 แสดง High-resolution ของอนุภาคที่สังเคราะหได (a) Ti 2p (b) O 1s (c) Zn 2p และ (d) Fe 2p ……………………………………………………………. 74 4.60 แสดง (a) N2 adsorption-desorption isotherm (b) pore size distributions ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตาง ๆ…………………….. 75 4.61 แสดง (a) N2 adsorption-desorption isotherm (b) pore size distributions ของอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส และไฮโดรเทอรมอล………………………………………………………..................... 76 4.62 แสดง (a) N2 adsorption-desorption isotherm (b) pore size distributions ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตางๆ …………….. 77

ณ



รูปที ่ หนา 4.63 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลู ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยเผาที่อุณหภูมิตางกัน……………………………………………………………………… 79 4.64 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลู ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยสังเคราะหที่ pH ตางกัน………………………………………………………… 80 4.65 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลู ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยเติมสารลดแรงตึงผิวที่มีความเขมขนตางกัน……………………………… 81 4.66 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลู ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชตัวตกตะกอนตางชนิดกัน…………………………………………………….. 81 4.67 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบล ู ของอนุภาค ZnFe2O4ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชสารต้ังตนตางชนิดกัน……………………………………………………………. 82 4.68 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบล ู ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมและ ไฮโดรเทอรมอล …………………………………………………………………………. 83 4.69 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอม เมทิลีนบลขูองอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอลและโซลเจล-ไดอะไลซิส……….. 84 4.70 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลขูองอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล…………….. 85 4.71 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลขูองอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล ……………………….. 86 4.72 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลขูองอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส……….. 87 4.73 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบล ูของอนุภาค ZnFe2O4 hydrothermal-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล………… 88 4.74 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลขูองอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล โดยเพิ่มปริมาณ ZnFe2O4…………………………………………………………………. 88 4.75 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอม เมทิลีนบลขูองอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล โดยใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน………………………………………………………. 89

ด



รูปที ่ หนา 4.76 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลูที่ pH 4 ของ อนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะหดวย กระบวนการโซลเจล ………………………………………………………………………... 90 4.77 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอม เมทิลีนบลูที่ pH 7 ของ อนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะห ดวยกระบวนการโซลเจล…………………………………………………………………… 91 4.78 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอม เมทิลีนบลูที่ pH 10 ของ อนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะห ดวยกระบวนการโซลเจล………………………………………………………………….. 91 4.79 แสดงแผนภูมิแทงสรุปศึกษาประสิทธิภาพในการสลายสียอมเมทิลีนบลูที่ pH ตางๆ (a) %degradation และ (b) %adsortion……………………………… 92 4.80 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอม ออเรจน II ของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะห ดวยกระบวนการโซลเจล……………………………………………………………………… 93 4.81 แสดงกราฟการใชงานซ้ําของอนุภาค ZnFe2O4,TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2(1:6) ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล…………………………………………………… 94 4.82 แสดงกราฟการใชอนุภาค ZnFe2O4,TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2(1:6) ที่ทําความสะอาด ดวย H2O2 ในการสลายสียอมเมทิลีนบล…ู……………………………………………... 95

ต



ง

บทที่ 1 บทนํา

1. ที่มาและความสําคัญ ในปจจุบันประเทศไทยไดใหความสําคัญกับการพัฒนาเศรษฐกิจเปนอยางมาก จึงไดมีการสงเสริมใหประชาชนใชผลิตภัณฑภายในประเทศ อีกทั้งยังสนับสนุนการสงออกสินคาสูตางประเทศ อาทิเชน ผลิตภัณฑอาหารแปรรูป ผลิตภัณฑสิ่งทอ ทําใหโรงงานอุตสาหกรรมมีจํานวนเพิ่มข้ึนอยางรวดเร็ว เพื่อตอบสนองความตองการของผูบริโภคสินคาเหลาน้ัน ซึ่งสงผลดีตอเศรษฐกิจของประเทศแตในขณะเดียวกันน้ัน การเพิ่มข้ึนของโรงงานอุตสาหกรรมประเภทตางๆ มีผลกระทบตอสิ่งแวดลอมดวยเชนกันและปญหาที่เห็นไดชัดเจน คือ ปญหาดานมลพิษทางนํ้า เน่ืองจากนํ้าเปนวัตถุดิบที่ใชมากในโรงงานอุตสาหกรรม เมื่อนํ้าถูกนํามาใชในข้ันตอนตางๆ ในกระบวนการผลิต อาจมีการแปรสภาพกลายเปนนํ้าเสียซึ่งมีสี สารเคมีหรือสารพิษปนเปอนอยู ถาโรงงานอุตสาหกรรมปลอยนํ้าเสียเหลาน้ีลงสูแหลงนํ้า อาจทําใหสงผลตอสัตวนํ้าและพืช ทําใหระบบนิเวศในบริเวณน้ันเสียไป โรงงานอุตสาหกรรมจึงจําเปนตองบําบัดนํ้าเสียกอนปลอยลงสูแหลงนํ้า ซึ่งมีหลายกระบวนการไดแก กระบวนการทางกายภาพ (physical process) กระบวนการทางเคม ี(chemical process) กระบวนการชีววิทยา (biological process) และกระบวนการทางกายภาพทํางานรวมกับกระบวนการทางเคมี (physical-chemical process) แตกระบวนการเหลาน้ีมีประสิทธิภาพไมดีพอที่จะกําจัดสารพิษที่มีโครงสรางซับซอนใหหมดได ดังน้ันนักวิจัยจึงคิดคนวิธีการอื่นที่มีประสิทธิภาพสูงและดีกวามาใชกําจัดสารปนเปอนและบําบัดนํ้าเสียแทนกระบวนการตางๆ ขางตน

ป ฏิกิ ริ ย า แบ บ ใช แ ส ง ในก า ร เ ร ง ป ฏิกิ ริ ย า แบ บ วิ วิ ธพั น ธ (heterogeneous photocatalysis) เปนกระบวนการที่สามารถสลายสารพิษตางๆ ในสิ่งแวดลอมโดยใชเซมิคอนดักเตอร เชน ไทเทเนียมไดออกไซด (TiO2) ซิงคออกไซด (ZnO) และเซอรโคเนียมออกไซด (ZrO2) เปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงภายใตแสงยูวี ปจจุบันการศึกษาเกี่ยวกับกระบวนการโฟโตคะตะลิสตนิยมใชไทเทเนียมไดออกไซดเปนตัวเรงปฏิกิริยาอยางกวางขวาง เน่ืองจากเปนสารเคมีที่เสถียรตอปฏิกิริยาเคมี ไมเปนพิษ และราคาไมแพง สําหรับการนําไทเทเนียมไดออกไซดไปใชบําบัดนํ้าเสียนิยมใชไทเทเนียมไดออกไซดในรูปแบบผงที่แขวนลอยในนํ้าเสีย เน่ืองจากไทเทเนียมไดออกไซดมีพื้นที่ผิวสูงและมีกระจายตัวที่ดี แตอยางไรก็ตามการนําไทเทเนียมไดออกไซดมาประยุกตใชงานภายใตแสงที่ตามองเห็นยังมีประสิทธิภาพตํ่า ตอมาไดมีการปรับปรุงพัฒนาประสิทธิภาพการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของไทเทเนียมไดออกไซดใหใชงานไดทั้งภายใตแสงยูวีและแสงที่ตามองเห็น โดยการเจือโลหะแทรนซิชันหรืออโลหะตางๆ ลงไปบนพื้นผิวหรือโครงผลึกของไทเทเนียมไดออกไซด หรือการเติมตัวเซนซิไทซซึ่งอาจเปนโมเลกุลของสียอมหรือเซมิคอนดักเตอรที่มีคาชองวางแถบพลังงานตํ่ากวาลงไป พบวาวิธีการดังกลาวชวยเพิ่มประสิทธิภาพการเปนสารเรงปฏิกิริยาดวยแสง

1



2

5

ดังน้ันงานวิจัยน้ีจึงมีความสนใจที่จะสังเคราะหไทเทเนียมไดออกไซดที่ใชเซมิคอนดักเตอรที่มีคาชองวางแถบพลังงานตํ่ากวาลงไปเปนตัวเซนซิไทซ ในงานวิจัยน้ีเลือกใชโลหะเฟอรไรต (metal ferrite: M=Zn) เปนตัวเซนซิไทซ (ZnFe2O4 sensitized-TiO2) เพื่อตองการเพิ่มความสามารถในการดูดกลืนแสงทีต่ามองเห็นใหมากข้ึน ซึ่งงานวิจัยน้ีจะศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมในการสังเคราะหโลหะเฟอรไรต–ไทเทเนียมไดออกไซดคอมโพสิต เพื่อเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงที่เหมาะจะใชเปนตัวเรงปฏิกริิยาแทน Degussa P25-TiO2 ซึ่งเปนสารเรงปฏิกิริยาดวยแสงที่นิยมใชกันทั่วไปในเชิงการคา รวมทั้งยังนําตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงซิงคเฟอรไรต–ไทเทเนียมไดออกไซดทีส่ังเคราะหไดไปทดสอบสมบัติทางเคมีดวยเทคนิคตางๆ เชน X-Ray diffractometry (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), Brunauer-Emmett-Teller (BET), Fourier-transformed Infrared Spectrophotometry (FT-IR), Diffused reflectance Ultraviolet-visible Spectroscopy (DRS), Vibrating Sample Magnetometer (VSM) และX-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) เปนตน รวมทั้งศึกษาความสามารถในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงในการสลายสียอม

2. วัตถุประสงคของงานวิจัย 2.1 เพื่อศึกษาเงื่อนไขที่เหมาะสมในการสังเคราะหอนุภาคซิงคเฟอรไรต-ไทเทเนียม ไดออกไซด 2.2 เพื่อศึกษาสมบัติทางเคมีของอนุภาคซิงคเฟอรไรต-ไทเทเนียมไดออกไซดที่สังเคราะหได

2.3 เพื่อศึกษาความสามารถในการเปนสารเรงปฏิกิริยาดวยแสงของอนุภาคซิงค เฟอรไรต-ไทเทเนียมไดออกไซดที่สังเคราะหไดในการสลายสียอม 3. สมมติฐานของการวิจัย การปรับปรุงคุณภาพของไทเทเนียมไดออกไซด (TiO2) ซึ่งเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสง โดยเติมอนุภาคซิงคเฟอรไรต (ZnFe2O4) สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของไทเทเนียมไดออกไซดได และสามารถแยกตัวเรงปฏิกิริยาไดโดยใชแทงแมเหล็กภายนอก 4. ขอบเขตของการวิจัย

4.1 ศึกษาและรวบรวมผลงานวิจัยที่เกี่ยวของ 4.2 ศึกษาเงื่อนไขที่เหมาะสมในการสังเคราะหอนุภาคซิงคเฟอรไรต

4.2.1 คาพีเอช (pH) ที่ใชในการสังเคราะห 4.2.1.1 pH5 4.2.1.2 pH 8 4.2.1.3 pH 12 4.2.2 ชนิดของสารต้ังตน 4.2.2.1 Zn(NO3)2.6H2O และ Fe(NO3)3.9H2O 4.2.2.2 ZnSO4.7H2O และ FeSO4.7H2O



3

4.2.3 อุณหภูมิที่ใชในการสังเคราะห 4.2.3.1 400ºC 4.2.3.2 600ºC 4.2.3.3 800ºC

4.2.4 ชนิดของตัวตกตะกอน 4.2.4.1 NH4OH 4.2.4.2 NaOH 4.2.4.3 Na2CO3 4.2.5 ความเขมขนของสารลดแรงตึงผิว (Sodium dodecyl sulfate: SDS) 4.2.5.1 4.1 mM 4.2.5.2 8.2 mM 4.2.5.3 16.4 mM 4.2.6 กระบวนการสังเคราะห 4.2.6.1 กระบวนการตกตะกอนรวม 4.2.6.2 กระบวนการไฮโดรเทอรมอล 4.3 ศึกษาเงื่อนไขที่เหมาะสมในการสังเคราะหอนุภาคซิงคเฟอรไรต-ไทเทเนียม ไดออกไซด 4.3.1 ความเขมขนของ ZnFe2O4

4.3.2 ความเขมขนของ TiO2 4.3.3 อุณหภูมิที่ใชในการเผา

4.4 ศึกษาคุณสมบัติของอนุภาค ZnFe2O4 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหไดโดยใชเทคนิคตางๆ 4.4.1 เทคนิค X-Ray diffractometry (XRD) เพื่อศึกษาโครงสรางและขนาดผลึกของตัวอยาง 4.4.2 เทคนิค Scanning Electron Microscopy (SEM) เพื่อศึกษาสัณฐานวิทยา (morphology) ของตัวอยาง 4.4.3 เทคนิค Transmission Electron Microscopy (TEM) เพื่อศึกษาสัณฐานวิทยาและขนาด (particle size) ของตัวอยาง 4.4.4 เทคนิค X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) เพื่อศึกษาองคประกอบของธาตุของตัวอยาง รวมทั้งเลขออกซิเดชันของตัวอยาง 4.4.5 เทคนิค Brunauer-Emmett-Teller (BET) เพื่อศึกษาพื้นที่ผิวและการกระจายตัวของรูพรุนของตัวอยาง 4.4.6 เทคนิค Fourier-transformed Infrared Spectrophotometry (FT-IR) เพื่อศึกษาหมูฟงกชันทางเคมีบนพื้นผิวของตัวอยาง 4.4.7 เทคนิค Diffused reflectance Ultraviolet-visible Spectroscopy (DRS) เพื่อศึกษาการดูดกลืนแสงและคาแถบพลังงาน (band gap energy) ของตัวอยาง



4

4.4.8 เทคนิค Vibrating Sample Magnetometer (VSM) เพื่อศึกษาคาความเปนแมเหล็กของตัวอยาง 4.5 ทดสอบความสามารถในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของอนุภาคซิงคเฟอรไรต-ไทเทเนียมไดออกไซด (ZnFe2O4-TiO2) ที่สังเคราะหได โดยศึกษาปฏิกิริยาการกําจัดและสลายสียอมและศึกษาปจจัยตางๆ ที่มีผลตอปฏิกิริยาโฟโตคะตะลิสต 4.5.1 คาพีเอช (pH) 4.5.2 ชนิดของสียอม 4.5.3 การนํากลับมาใชงานซ้ํา 4.6 รวบรวมผลการทดลอง สรุปผลและวิจารณผลการทดลอง เขียนรายงานการวิจัย เพื่อตีพิมพในวารสารชาติ/นานาชาติ หรือไปนําเสนอผลงานทางวิชาการที่มี proceeding 5. ประโยชนที่คาดวาจะไดรับ 5.1 คาดวาจะสามารถสังเคราะหไทเทเนียมไดออกไซดที่ใชซิงคเฟอรไรตเปนตัวเซนซิไทซ (ZnFe2O4-TiO2 photocatalyst) ที่มีประสิทธิภาพดีกวาหรือเทียบเทาไทเทเนียมไดออกไซดเชิงการคา (Degussa P25 TiO2) 5.2 เปนจุดเริ่มตนเพื่อพัฒนางานวิจัยไปในเชิงอุตสาหกรรมและนํางานวิจัยไปประยุกต ใชในดานพลังงานได 5.3 คาดวางานวิจัยน้ีสามารถนําไปเผยแพรในการประชุมทางเคมีระดับชาติหรือนานาชาติหรือการตีพิมพในวารสารระดับชาติหรือตีพิมพในวารสารระดับนานาชาติ



6

5

บทที่ 2 ทฤษฎีและงานวิจัยที่เกี่ยวของ

1. การเรงปฏิกิริยา (Catalysis) การเรงปฏิกิริยา หมายถึง การทําใหอัตราเร็วของปฏิกิริยาเพิ่มข้ึน โดยการใชตัวเรงปฏิกิริยา (Catalyst) ซึ่งเปนสารที่สามารถเพิ่มอัตราเร็วของการเกิดปฏิกิริยา โดยที่ตัวมันเองไมถูกใชไปอยางถาวรในปฏิกิริยา การทํางานของตัวเรงปฏิกิริยามักจะเกิดข้ึนโดยการเกิดพันธะเคมีกับสารต้ังตนอยางนอยหน่ึงตัว สําหรับการเรงปฏิกิริยาสามารถแยกออกไดเปน 2 แบบ ไดแก 1.1 การเรงปฏิกิริยาแบบเอกพันธ (Homogeneous catalysis) ซึ่งตัวเรงปฏิกิริยาอยูในเฟสเดียวกับสารต้ังตนและสารผลิตภัณฑ 1.2 การเรงปฏิกิริยาแบบวิวิธพันธ (Heterogeneous catalysis) ตัวเรงปฏิกิริยาจะมีเฟสตางกับสารต้ังตนและผลิตภัณฑ สวนใหญตัวเรงปฏิกิริยาจะเปนของแข็งและสารต้ังตนเปนแกสหรือของเหลว [1] ซึ่งในวิทยานิพนธเลมน้ีจะขอกลาวถึงเพียงการเรงปฏิกิริยาแบบวิวิธพันธเทาน้ัน 2. กระบวนการเรงปฏิกิริยาโดยใชแสงแบบวิวิธพันธ (Heterogeneous photocatalysis)

กระบวนการเรงปฏิกิริยาโดยใชแสงแบบวิวิธพันธ เปนกระบวนการที่เกี่ยวกับการสลายสารพิษตางๆ ในสิ่งแวดลอม เชน สารอะโรมาติก แอลกอฮอล คลอโรฟอรม ยาฆาแมลง โลหะหนัก สียอม เปนตน โดยการนําสารกึ่งตัวนํา (Semiconductor) เชน ไทเทเนียมไดออกไซด (TiO2) ซิงคออกไซด (ZnO) เฟอริกออกไซด (Fe2O3) และเซอรโคเนียมออกไซด (ZrO2) หรือโลหะซัลไฟดมาเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสง (Photocatalyst) ซึ่งหลักการของกระบวนการเรงปฏิกิริยาโดยใชแสงแบบวิวิธพันธ ประกอบดวย 2 ข้ันตอน คือ กระบวนการดูดซับ (Adsorption process) และกระบวนการออกซิเดชัน (Photocatalytic oxidation process)

2.1 กระบวนการดูดซับ (Adsorption process) คือ กระบวนการที่โมเลกุลของตัวถูกดูดซับ (Adsorbate) ซึ่งเปนของเหลวหรือแกสเคลื่อนยายมายังพื้นผิวของตัวดูดซับ (Adsorbent) ซึ่งเปนโมเลกุลของของแข็ง ทําหนาที่เปนตัวเรงปฏิกิริยา การเกาะจับของโมเลกุลบนพื้นผิวของตัวดูดซับอาจเกิดข้ึนดวยแรงทางกายภาพ แรงทางเคมีหรือแรงทั้งสองชนิดทํางานรวมกัน สําหรับกระบวนการเรงปฏิกิริยาดวยแสง (Photocatalysis process) กระบวนการดูดซับเกิดจากแรงทางเคมีเปนหลัก

2.2 กระบวนการออกซิเดชัน (Photocatalytic oxidation process) เปนกระบวนการสลายสารตางๆ ดวยการใชตัวเรงปฏิกิริยาที่ถูกกระตุนดวยแสง เมื่อตัวเรงปฏิกิริยาถูกกระตุนดวยพลังงานแสงที่มากกวาหรือเทากับคาชองวางแถบพลังงาน (Band gap energy) ซึ่งพลังงานน้ีเรียกวาพลังงานกระตุน ทําใหอิเล็กตรอน (e-) ในแถบวาเลนซแบนด (Valence band) ถูกการกระตุนใหมีพลังงานเพิ่มข้ึนจนเคลื่อนทีไ่ปยังแถบการนําไฟฟา (Conduction band) ทําใหเกิดชองวางของอิเล็กตรอนหรือโฮล (h+) ในแถบวาเลนซแบนดจึงเกิดเปน e-

c.b– h+v.b pairs (Electron hole pairs) ซึ่งเปนตัวรีดิวส

และตัวออกซิไดซที่แรง และมีตัวถูกดูดซับเกาะอยูบนพื้นผิวของตัวเรงปฏิกิริยากระบวนการดังกลาวเรียกวากระบวนการ Photo-Oxidation ทําใหสารพิษตางๆ นํ้า และออกซิเจน



6

เกิดปฏิกิริยารีดอกซกับ e-c.b– h+

v.b pair ที่ดูดซับอยูบนผิวของเซมิคอนดักเตอรทําใหสารพิษเกิดการสลายตัวได ซึ่งมีกลไกการเกิดปฏิกิริยาแสดงดังสมการ 2.1-2.8 [2]

photocatalyst + hν e-c.b – h+

v.b (2.1)

e-c.b + O2 O2

●- (2.2)

(H2O H+ + OH-) + h+v.b H++ OH● (2.3)

O2●- + H+ HO2

● (2.4)

2HO2● H2O2+O2 (2.5)

H2O2 + e-c.b OH-+OH● (2.6)

Dye + OH● degradation products (2.7) Dye + h+

v.b degradation products (2.8) กระบวนการเรงปฏิกิริยาดวยแสงจะสามารถสลายสารอินทรียและสียอมตางๆ โดยจะทําใหโมเลกุลของสียอมที่มีขนาดใหญที่มีหมูฟงกชันตางๆ แตกออกจนสียอมมีโมเลกุลขนาดเล็กลง สังเกตไดจากสียอมมีสีจางลงเมื่อเพิ่มเวลาผานไป ซึ่งผลิตภัณฑสุดทายที่ไดจากการยอยสลายสารอินทรียหรือสียอม คือ คารบอนไดออกไซด (CO2) และนํ้า (H2O) 3. ปจจัยที่มีผลตอกระบวนการโฟโตคะตะลิสต ปจจัยที่มีผลตอกระบวนการเรงปฏิกิริยาดวยแสง ไดแก คาพีเอช (pH) ความเขมขนของตัวเรงปฏิกิริยา อุณหภูมิ ปริมาณออกซิเจนละลาย (Dissolved oxygen) และความเขมของแสง [3]

3.1 คาพีเอช (pH) ในสารละลายถือเปนปจจัยที่สําคัญตอประสิทธิภาพของกระบวนการเรงปฏิกิริยาดวยแสง เน่ืองจากคา pH มีผลตอความสามารถในการดูดซับของตัวถูกดูดซับ ซึ่ งเปนสารประกอบอินทรียและอนินทรียบริเวณพื้นผิวของตัวดูดซับ เมื่อปรับคา pH ในสารละลายจะสงผลใหพื้นผิวของตัวดูดซับที่ทําหนาที่เปนตัวเรงปฏิกิริยามีประจุไฟฟาเปลี่ยนแปลงตามไปดวย ขณะที่สารละลายมีคา pH ตํ่า ประจุไฟฟาบริเวณพื้นผิวของตัวดูดซับจะเปนบวก และจะเปนลบเมื่อสารละลายมีคา pH สูงข้ึน 3.2 ความเขมขนของตัวเรงปฏิกิริยา ในกระบวนการเรงปฏิกิริยาดวยแสงตัวเรงปฏิกิริยาที่ใช มีหนาที่หลายประการ คือ ทําหนาที่ผลิตไฮดรอกซิลเรดิคัลซึ่งเปนตัวเรงใหเกิดปฏิกิริยาการกําจัดสารปนเปอน และทําหนาที่เปนตัวดูดซับใหสารอินทรียและสารอนินทรียในสารละลายยึดเกาะบนพื้นผิว โดยการยึดเกาะข้ึนอยูกับปริมาณและขนาดอนุภาคของตัวเรงปฏิกิริยา ดังน้ันพื้นที่ผิวของตัวเรงปฏิกิริยาจึงเปนปจจัยที่สําคัญในการควบคุมการเกิดปฏิกิริยา แตถาในสารละลายมปีริมาณตัวเรงปฏิกิริยามากเกินไปจะทําใหประสิทธิภาพของกระบวนการเรงปฏิกิริยาดวยแสงลดลง เน่ืองจากอนุภาคของตัวเรงปฏิกิริยาจะไปขัดขวางแสงที่สองไปยังสารละลาย ทําใหปริมาณอนุภาคของตัวเรงปฏิกิริยาที่ถูกกระตุนดวยแสงลดลง สงผลใหปริมาณไฮดรอกซิลเรดิคัลที่ผลิตไดลดลงดวย ปริมาณตัวเรงปฏิกิริยาที่ใชในการศึกษาสวนใหญมีความเขมขน 1–5 g/L



7

3.3 อุณหภูมิ ในทางจลนศาสตรอุณหภูมิ นับวาเปนปจจัยที่สําคัญตออัตราการเกิดปฏิกิริยา โดยคาคงที่อัตรามีความสัมพันธกับอุณหภูม ิดังสมการของอารเรเนียส (สมการที่ 2.9)

k = Ae– E

a / RT

(2.9)

k = Reaction rate constant (min-1) A = Frequency factor (min-1) Ea = Activation energy (J.mol-1) R = Gas constant (J.mol-1.K-1) T = Absolute temperature (K)

โดยสามารถหาพลังงานกระตุน (Ea) ไดจากความชันของกราฟที่เขียนระหวางคาคงที่อัตราการทําปฏิกิริยา (k) กับสวนกลับของคาอุณหภูมิสัมบูรณ (1/T)

ln k = (-Ea / RT) + ln A (2.10)

โดยอัตราการเกิดของกระบวนการเรงปฏิกิริยาดวยแสงจะเพิ่มข้ึน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มข้ึน เน่ืองจากอัตราการทําปฏิกิริยาของ e-

c.b และ h+

v.b กับสารปนเปอนในสารละลายมีคามากกวาอัตรา

การกลับมารวมตัวกันใหมของ e-c.b

และ h+v.b

และอาจเน่ืองมาจากความถ่ีในการชนกันของโมเลกุลมีเพิ่มมากข้ึนเมื่ออุณหภูมิสูงข้ึน รวมถึงการลดลงของพลังงานกระตุนในการทําปฏิกิริยา 3.4 ปริมาณออกซิเจนละลาย (Dissolved oxygen) ออกซิเจนเปนสวนประกอบที่สําคัญในกระบวนการเรงปฏิกิริยาดวยแสง เน่ืองจากออกซิเจนจะยึดเกาะบริเวณพื้นผิวของตัวเรงปฏิกิริยาทําหนาที่ยึดจับ e-

c.bในแถบนําไฟฟาทําใหเกิดซุปเปอรออกไซดไอออนและจะทําปฏิกิริยากับไฮโดรเจนไอออน (H+) ตอไปไดเปนไฮโดรเจนเปอรออกไซด ออกซิเจนจึงทําหนาที่เปนตัวยืดเวลาการกลับมารวมตัวกันใหมของ e-

c.b และ h+

v.b นอกจากน้ีออกซิเจนยังทําใหเกิดไฮดรอกซิลเรดิคัลข้ึน

ดังน้ันเมื่อความเขมขนของออกซิเจนละลายในสารละลายเพิ่มข้ึน อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มข้ึนดวย

3.5 ความเขมของแสง (Light intensity) คือ พลังงานตอหน่ึงหนวยพื้นที่ตอหนวยเวลา

หรืออนุภาคแสง 1 โฟตอน ที่มีความถ่ี ν มีพลังงาน E = hν คิดเปน 1 ควอนตัม ซึ่งข้ึนอยูกับพลังงานของแสงโดยตรง ถาใหพลังงานของแสงทั้งหมดที่ตกกระทบบนหน่ึงหนวยพื้นที่ของผิวหนาโลหะเปน Er ดังน้ัน จํานวนโฟตอนที่ตกกระทบ = พลังงานของแสงทั้งหมดที่ตกกระทบ

พลังงานของแสง 1 โฟตอน = Er / hν

จํานวนโฟตอนที่ตกกระทบตอ 1 วินาที = ความเขมแสง hν ผลของความเขมแสงที่มีผลตออัตราการเกิดปฏิกิริยา ที่ระดับความเขมแสงตํ่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเปนสัดสวนโดยตรงกับความเขมแสง และที่ระดับความเขมแสงปานกลางอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะแปรผันตามรากที่สองของความเขมแสง ในขณะที่ระดับความเขมแสงสูงอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะไมข้ึนกับความเขมแสง



8

18

4. ไทเทเนียมไดออกไซด (Titanium dioxide; TiO2) ไทเทเนียมไดออกไซด (Titanium dioxide) หรือ ไทเทเนีย (Titania) จัดเปนสารกึ่งตัวนําชนิดเอ็น (n-type semiconductor) มีลักษณะเปนผงสีขาว สูตรโมเลกุล คือ TiO2 ซึ่งคุณสมบัติของไทเทเนียมไดออกไซดสามารถชวยฟอกอากาศ กําจัดเช้ือแบคทีเรียและการปองกันคราบยึดเกาะพื้นผิว อีกทั้งไมเสื่อมสภาพหลังการใชงาน ทําความสะอาดงาย ไมทิ้งสารตกคางที่เปนอันตรายตอชีวิตและสิ่งแวดลอม ทําใหไทเทเนียมไดออกไซดไดรับความนิยมเพิ่มข้ึนอยางรวดเร็ว ถูกนําไปใชในสินคาตางๆ ทั้งสินคาสุขภาพ เครื่องสําอาง เสื้อผา อาหารและเครื่องด่ืมตลอดจนสินคาเกี่ยวกับบานและสวน นอกจากน้ีนิยมนํามาใชเปนสารเรงปฏิกิริยาดวยแสง ใชสลายสารพิษทั้งในนํ้าเสียและอากาศ เน่ืองจากเปนสารเคมีที่เสถียรตอปฏิกิริยาเคมี และราคาไมแพง ไทเทเนียมไดออกไซดมีผลึก 3 แบบ คือ อะนาเทส (anatase) รูไทล (rutile) และบรูไคท (brookite) โดยผลึกแตละแบบมีความสามารถในการเปนสารเรงปฏิกิริยาดวยแสงแตกตางกัน โดยอะนาเทสมีความสามารถในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาที่ดีกวารูไทลและบรูไคท แสดงใหเห็นวาความเปนผลึกมีผลตอความสามารถในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาและนอกจากน้ีการสังเคราะหที่สภาวะตางกัน ขนาดอนุภาค พื้นที่ผิว อัตราสวนระหวางผลึกแบบอะนาเทสและรูไทล ความเขมแสงและสารที่ตองการสลาย ก็มีผลตอความสามารถในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวย [3]

รูปท่ี 2.1 กระบวนการเรงปฏิกิริยาดวยแสงโดยใชอนุภาค TiO2 เปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสง

ที่มา : 1Seul-Yi Lee and Soo-Jin Park, “TiO2 photocatalyst for water treatment applications,” Journal of lndustrial and Enginerring Chemistry 19, 6 (November 2013): 1761-1767.



9

anatase rutile brookite

รูปที่ 2.2 แสดงลักษณะโครงสรางผลึกของอนุภาค TiO2 ที่มา : 2Pelaez M. and others, “A review on the visible light active titanium dioxide photocatalysts for environmental applications,” Applied Catalysis B: Environmental 125 (August 2012): 331-349.

แตอยางไรก็ตามการนําไทเทเนียมไดออกไซดมาประยุกตใชงานภายใตแสงวิซิเบิล ยังมีประสิทธิภาพตํ่า ตอมาไดมีการปรับปรุงพัฒนาประสิทธิภาพในการเปนสารเรงปฏิกิริยาดวยแสงของไทเทเนียมไดออกไซด โดยการเจือโลหะแทรนซิชันหรืออโลหะตางๆ ลงไปบนพื้นผิวหรือโครงผลึกของไทเทเนียมไดออกไซด หรือการเติมตัวเซนซิไทซซึ่งอาจเปนโมเลกุลของสียอม หรือเซมิคอนดักเตอรทีม่ีคาชองวางแถบพลังงานตํ่ากวาลงไปพบวาวิธีการดังกลาวชวยเพิ่มประสิทธิภาพการเปนสารเรงปฏิกิริยาดวยแสง การใชเซมิคอนดักเตอรที่มีคาชองวางแถบพลังงานตํ่าเปนตัวเซนซิไทซ-ไทเทเนียม ไดออกไซด (low band gap semiconductor sensitized TiO2) เปนวิธีการหน่ึงที่เพิ่มประสิทธิภาพการเปนสารเรงปฎิกิริยาดวยแสงใหมีประสิทธิภาพดีข้ึนภายใตแสงที่ตามองเห็น โดยเซมิคอนดักเตอรที่นิยมใชไดแก BiVO4, InVO4, WO3, CdS, ZnFe2O4 [4] และอื่นๆ ในงานวิจัยน้ีเลือกใชซิงคเฟอรไรตเปนตัวเซนซิไทซไทเทเนียมไดออกไซด (ZnFe2O4 sensitized-TiO2)

5. ซิงคเฟอรไรต (Zinc ferrite; ZnFe2O4) ซิงคเฟอรไรตมีโครงผลึกแบบสปนเนล (spinel structure) [5] ที่มีไอออน O2- จัดเรียงตัวที่ชิดที่สุดแบบ cubic closet packing (ccp) แทนดวยทรงกลุมสีฟา โดย Zn2+ จะอ ยู ที่ ช อ ง เ ตตระฮี ดรั ล (tetrahedral site) แทนดวยทรงกลมสีเขียว สวน Fe3+ จะอยูที่ชองออกตะฮีดรัล (octahedral site) แทนดวยทรงกลมสีเหลือง ดังแสดงในรูปที่ 2.3 เปนสารที่สามารถดูดกลืนแสงในชวงที่ตามองเห็นไดดี เน่ืองจากมีคาแถบพลังงานที่แคบ (1.9 eV) จึงมีการนําซิงคเฟอรไรตผสมกับไทเทเนียมไดออกไซด เพื่ อ ใช เ ปนตั วเซนซิ ไทซทํ าหนาที่ เปน ตัวรั บแสง โดยกระบวนการโฟโตเซ็นซิ ไทเซ ชัน (Photosensitization precess) ที่มีไทเทเนียมไดออกไซดเปนสารเรงปฏิกิริยาดวยแสงและมีซิงคเฟอรไรตเปนตัวเซนซิไทซ แสดงดังรูปที่ 2.4



10

รูปที่ 2.3 แสดงลักษณะโครงผลึกของอนุภาค ZnFe2O4 ที่มา: 2Pelaez M. and others, “A review on the visible light active titanium dioxide photocatalysts for environmental applications,” Applied Catalysis B: Environmental 125 (August 2012): 331-349.

รูปที่ 2.4 แสดงกระบวนการเรงปฏิกิริยาดวยแสง โดยใชไทเทเนียมไดออกไซดเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสง และเลือกใชซิงคเฟอรไรตเปนตัวเซนซิไทซ

ที่มา : 2Pelaez M. and others, “A review on the visible light active titanium dioxide photocatalysts for environmental applications,” Applied Catalysis B: Environmental 125 (August 2012): 331-349.

Fe3+

O2-

Zn2+



11

6. สียอม (Dye) กระบวนการเรงปฏิกิริยาดวยแสง เปนกระบวนการหน่ึงที่ชวยในการบําบัดนํ้าเสีย ซึ่ง

งานวิจัยน้ีสนใจและเลือกใชสียอม 2 ชนิด คือ เมทิลีนบลู (Methylene blue) และออเรนจ II (OrangeII) ซึ่งเปนสารอินทรียถือเปนตัวแทนนํ้าเสียที่ถูกปลอยทิ้งลงสูแหลงนํ้าตางๆ ของอุตสาหกรรมสีหรือสิ่งทอ เพื่อทําการศึกษาความสามารถในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงในการยอยสลายสียอมทัง้ภายใตแสงวิสิเบิล ซึ่งสียอมแตละชนิดมีลักษณะทางกายภาพและโครงสรางดังน้ี

6.1 เมทิลีนบลู (Methylene blue)

รูปที่ 2.5 แสดงลักษณะทางกายภาพของสียอมเมทิลีนบล ูที่มา : 3Ghauch Antonie, Methylene blue discoloration by heated persulfate in aqueous solution, accessed August 1, 2015, available from http://www.koipalace.net/ product/23/382/METHYLENE-BLUE-POWDER

รูปที่ 2.6 แสดงโครงสรางของสียอมเมทิลีนบล ูที่มา : 4Machulek Jr. and others, “The effect of Pt on the photocatalytic degradation path way of methylene blue over TiO2 under ambient conditions,” Applied Catalysis B: Environmental 83 (August 2013): 277-285.

ตารางที่ 2.1 แสดงสมบัติตางๆ ของสียอมเมทิลีนบลู

ช่ือสียอม Methylene blue สูตรโมเลกุล C16H18CIN3S มวลโมเลกุล 319.85 g/mol ประเภทของสียอม Cationic dye ความยาวคลื่น 664 nm



12

6.2 ออเรนจ II (Orange II)

รูปที่ 2.7 แสดงลักษณะทางกายภาพของสียอมออเรนจ II ที่มา : 5Fang Luo, Organic Pigment, accessed August 1, 2015, available from http://www. cncolorchem.com/productshow4.aspx?id=30&tid=3

รูปที่ 2.8 แสดงโครงสรางของสียอมออเรนจ II ที่มา : 6Behzad Heibati, Acid orange 7, accessed August 1, 2015, available from https://en.wikipedia.org/wiki/Acid_orange_7

ตารางที่ 2.2 แสดงสมบัติตางๆของสียอมออเรนจ II

ช่ือสียอม Orange II สูตรโมเลกุล C16H11N2NaO4S มวลโมเลกุล 350.32 g/mol ประเภทของสียอม Anionic dye ความยาวคลื่น 485 nm



13

7. กระบวนการสังเคราะหตัวเรงปฏิกิริยา 7.1 กระบวนการตกตะกอนรวม (Co-precipitation method) เปนกระบวนการที่ทําใหโมเลกุลหรือไอออนที่อยูในสารละลายแยกตัวออกจากสารละลาย โดยการเติมตัวตกตะกอน (Precipitation agent) หรือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือความดัน การตกตะกอนประกอบดวยกลไกที่สําคัญ 2 สวน ไดแก การเกิดนิวเคลียส (nucleation) และ การเติบโต (growth) โดยการเกิดนิวเคลียส เปนข้ันตอนการเกิดนิวเคลียสของอนุภาคที่เล็กที่สุดของตะกอนซึ่งจะเกิดข้ึนเมื่อสารละลายอยูในสภาวะอิ่มตัวยวดย่ิง โดยเกิดจากจํานวนไอออนที่นอยที่สุดที่รวมกันเกิดเปนอนุภาคที่เล็กที่สุดของวัฏภาคที่เปนของแข็ง จากน้ันจะเกิดการเติบโตของผลึกเกิดการเกาะตัวกันของไอออนตางๆ ที่เปนองคประกอบของตะกอนบนผิวของอนุภาคที่เล็กที่สุดจนมีขนาดใหญข้ึน จากนิวเคลียสมาเปนอนุภาคคอยลอยด จากน้ันจะเกิดการรวมตัวเปนอนุภาคที่ใหญกวา และแยกตัวออกจากสารละลาย [1] 7.2 กระบวนการไฮโดรเทอรมอล (Hydrothermal method) เปนกระบวนการใหความรอนแกตัวทําปฏิกิริยาพวกเกลือของโลหะออกไซด หรือผงโลหะที่อยูในรูปของสารละลายโดยจะใชนํ้าเปนตัวทําละลาย กระบวนการไฮโดรเทอรมอลตองใชอุณหภูมิสูง และความดันที่ใชจะอยูในชวง 20 Mpa จะทําใหเกิดตะกอนโดยจะมีขนาดอนุภาคที่เล็กมาก มีการกระจายตัวของอนุภาคนอยมีความบริสุทธ์ิสูง และมีความเปนเน้ือเดียวกัน [1] 7.3 กระบวนการโซลเจล (Sol-gel process) เปนกระบวนการทางเคมีแบบเปยก (Wet process) โดยเริ่มจากการใชสารต้ังตนชนิดตางๆ ที่เปนสารละลายมาผสมกันในปริมาณที่เหมาะสมและทําใหอนุภาคน้ันมีการกระจายตัวเปนเน้ือเดียวกัน ในข้ันตอนน้ีจะเกิดอนุภาคขนาดเล็กกระจายอยูในของเหลว เรียกวา โซล (Sol) จากน้ันจึงทําการระเหยของเหลวบางสวนออกไป เพื่อเหน่ียวนําใหเกิดการสรางพันธะที่เช่ือมตอกันเปนโครงขายตอเน่ืองในสามมิติ ซึ่งจะทําใหโซลมีความหนืดมากข้ึนเรื่อยๆ จนกลายเปนเจล (gel) ที่มีลักษณะเปนสารกึ่งแข็งกึ่งเหลว โดยในข้ันตอนการเกิดเจลน้ันจะเกี่ยวของกับปฏิกิริยาสําคัญ 2 ปฏิกิริยาคือ ปฏิกิริยาการสลายดวยนํ้า (Hydrolysis) และปฏิกิริยาการควบแนน (Condensation) [1] 8. งานวิจัยที่เกี่ยวของ

Valenzuela และคณะ (2002) ไดเตรียมอนุภาค ZnFe2O4 ดวยวิธีตกตะกอนรวมที่ pH คงที่

(pH=8) โดยใช Zn(NO3)2.6H2O, Fe(NO3)3.9H2O เปนสารต้ังตน ลางและอบที่ 110C แลวเผาที่ 800C เปนเวลา 8 ช่ัวโมง แลวนํา ZnFe2O4 ที่ไดไปศึกษาสมบัติทางเคมีตรวจสอบดวยเทคนิคตางๆ เชน XRD, TGA, BET, DRS และศึกษาการสลายตัวของฟนอล พบวา ZnFe2O4 มีประสิทธิภาพดอยกวา P25 TiO2 [6]

Cheng และคณะ (2004) ไดสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-doped TiO2 ดวยวิธีโซลเจล โดยใช

tetrabutyl titanate, ZnFe2O4 ที่สังเคราะหเองเปนสารต้ังตน ที่อุณหภูมิ 80C จนกระทั่งไดเจล และศึกษาการสลาย rhodamine B พบวา ZnFe2O4-doped TiO2 สามารถสลาย rhodamine B ไดดีกวา undoped TiO2 [7]



14

Cheng และคณะ (2004) ไดสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-doped TiO2 ดวยวิธีโซลเจล โดยใช tetrabutyl titanate, zinc nitrate, ferric nitrate เปนสารต้ังตน แลวศึกษาสมบัติทางเคมีดวยเทคนิค XRD, BET, DRS และศึกษาความสามารถในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงในการสลายเมทิลออเรนจ พบวา สามารถสลายเมทิลออเรนจไดภายใตแสงที่ตามองเห็น [8] Atif และคณะ (2006) ไดสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวยวิธีโซลเจลโดยใช citric acid และ urea เปนตัว precursors ซึ่งสงผลตอคุณสมบัติความเปนแมเหล็กของอนุภาค ZnFe2O4 นําไปเผาที่อุณหภูมิที่แตกตางกัน พบวาเมื่อเพิ่มอุณหภูมิในการเผาจะทําใหขนาดอนุภาคเพิ่มข้ึนและทําใหความเปนแมเหล็กลดลง (ความเปนแมเหล็กจะเพิ่มมากข้ึนเมื่อมีการเพิ่มข้ึนของการสลับที่ของไอออน Fe3+จาก octahedral site ไปยัง tetrahedral site ใน unit cell) โดยอนุภาคที่เตรียมจากเบสจะแสดงความเปนแมเหล็กแบบ ferromagnetic มากกวาอนุภาคที่เตรียมจากกรด [9] Yang และคณะ (2006) ไดทําการสังเคราะหไทเทเนียมไดออกไซด โดยใชกระบวนการโซล-เจล ทําใหไดไทเทเนียมไดออกไซดที่มีขนาดอนุภาคประมาณ 16 nm และไดทําการศึกษาผลของอุณหภูมิที่ใชในการเผาที่ 500-600ºC พบวาไทเทเนียมไดออกไซดที่สังเคราะหไดมีเฟสแตกตางกัน จากน้ันนําอนุภาคที่สังเคราะหไดมาทําการศึกษาสมบัติทางเคมีดวยเทคนิค XRD, TEM และ XPS และทําการศึกษาการสลายเมทิลออเรนจ (MeO) ภาพใตแสงยูวี พบวาที่ pH ตํ่าและเมื่อใชไทเทเนียมไดออกไซดที่มีเฟสเปนอะนาเทส จะเปนสภาวะที่สามารถสลาย MeO ไดดี และประสิทธิภาพการสลาย MeO จะลดลงเมื่อเพิ่ม pH ของสารละลาย [10] Philip และคณะ (2007) ไดสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวยวิธีตกตะกอนรวม โดยใช Zn(NO3)2.4H2O และ FeCl3.6H2O เปนสารต้ังตน แลวนําอนุภาคที่สังเคราะหไดมาเผาที่อุณหภูมิสูง พบวา

เมื่อเพิ่มอุณหภูมิจาก 800C เปน 1000C พบวาคา lattice parameter ลดลงและคาความเปนแมเหล็กเพิ่มข้ึนจาก 5 emu/g เปน 62 emu/g [11] Yan และคณะ (2008) ไดสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ที่มีลักษณะเปน nanospheres และ nanosheet ดวยกระบวนการโซลโวเทอรมอล ศึกษาคุณสมบัติทางเคมีดวยเทคนิค XRD, TEM, SEM, HRTEM พบวาอนุภาคที่มีลักษณะเปน nanospheres มีคุณสมบัติความเปนแมเหล็กมากกวาอนุภาคแบบ nanosheet [12]

Yamazaki และคณะ (2008) ไดทําการสังเคราะหตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงไทเทเนียม ไดออกไซด โดยกระบวนการโซล-เจลเตรียมโดยการยอย Titanium tetraisopropoxide ในกรด ไนตริกเปนเวลา 7 วัน จากน้ันนํามา dialysis และทําการศึกษาสมบัติทางเคมีดวยเทคนิค XRD พบวา อนุภาคที่สังเคราะหไดมีเฟสเปนอะนาเทส และทําการศึกษาประสิทธิภาพการสลายเมทิลีนบลูและ ออเรนจ II พบวาคา pH ของสารละลายมีผลตอการสลายสียอม คือที่คา pH เทากับ 6.8 ตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงดังกลาวสามารถสลายออเรนจ II ไดสูงกวาเมทิลีนบลู [13] Jiang และคณะ (2009) ไดสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวยกระบวนการโซโวลเทอรมอล โดยใช ZnCl2 และ FeCl3 เปนสารต้ังตน ทดสอบคุณสมบัติทางเคมีดวยเทคนิค XRD, TEM, FE-SEM พบวา อนุภาค ZnFe2O4 มีลักษณะเปนทรงกลมกลวง (hollow spheres) ขนาดและความหนาของขอบ (shell) จะลดลงเมื่อเพิ่ม urea precursor เมื่อดูผลของ magnetic hysteresis loop พบวาอนุภาค ZnFe2O4 แสดงความเปนแมเหล็กแบบ ferromagnetic [14]



15

Narayan และคณะ (2009) ไดสังเคราะห ZnFe2O4-TiO2 ดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใช Zn(NO3)2.4H2O, Fe(NO3)3.9H2O และ Ti(OBu)4 ศึกษาคุณสมบัติทางเคมีดวยเทคนิค SEM, XRD, FT-IR และทดสอบความสามารถในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาภายใตแสงวิซิเบิลโดยเปรียบเทียบการสลายสียอม Congo Red ของตัวเรงปฏิกิริยาที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมกับตัวเรงปฏิกิริยาที่สังเคราะหดวยกระบวนการ solid state พบวาอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมสามารถสลายสียอมไดดีกวา เน่ืองจากมีขนาดอนุภาคเล็กกวาทําใหมีพื้นที่ผิวมากกวาอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการ solid state [15]

Zhang และคณะ (2010) ไดสังเคราะหอนุภาค TiO2-ZnFe2O4 ดวยวิธีบดผงTiO2 (P25-TiO2) และ ZnFe2O4 แลวศึกษาสมบัติทางเคมีดวยเทคนิค XRD, SEM, TEM, DRS และศึกษาความสามารถในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงสลาย rhodamine B พบวา TiO2-ZnFe2O4 สามารถสลาย rhodamine B ไดดีกวา P25-TiO2 [16] Mozaffari และ คณะ (2010) ไดสังเคราะห ZnFe2O4 ดวยวิธีโซลเจลโดยใช Zn(NO3)2.6H2O, Fe(NO3)3.9H2O เปนสารต้ังตนและใชสารที่เปนกรด (citric acid) และเบส (urea) เปน precursors นําไป

เผาที่อุณหภูมิแตกตางกัน (350-800C) อนุภาคที่สังเคราะหไดมีขนาด 13-16 nm และตรวจสอบลักษณะทางเคมีของอนุภาค ZnFe2O4 ดวยเทคนิค XRD, TEM, VSM พบวาอนุภาคที่สังเคราะหโดยใชเบสแสดงความเปนแมเหล็กมากกวาอนุภาคที่เตรียมดวยกรด และเมื่อเพิ่มอุณหภูมิที่ใชในการเผาพบวา อนุภาค ZnFe2O4 จะมีความเปนแมเหล็กลดลง [17] Li และคณะ (2010) ไดสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 nanofiber ดวยกระบวนการ thermal treatment โดยใช Zn(NO3)2.6H2O และFeCl2 เปนสารต้ังตนและใช NaOH เปนตัว precipitating agent

และนําอนุภาคที่สังเคราะหไดมาเผาที่อุณหภูมิตางกัน (500-700C) ทดสอบคุณสมบัติทางเคมีดวยเทคนิค XRD, TEM, VSM พบวา อนุภาค ZnFe2O4 มีขนาดเสนผาศูนยกลาง 10-15 nm มีความยาว 2-3 m เมื่อ

เพิ่มอุณหภูมิที่ใชในการเผาจะทําใหความยาวลดลงแตขนาดเสนผาศูนยกลางเพิ่มข้ึนและมีความเปนแมเหล็กเพิ่มข้ึน [18]

Li และคณะ (2011) ไดเตรียมอนุภาค ZnFe2O4 ที่มีรูปรางเปนทรงกลมที่มีขนาดประมาณ 212 nm ดวยวิธีโซลโวเทอรมอลระหวาง Zn(NO3)2.6H2O, Fe(NO3)3.9H2O ของโลหะเปนสารต้ั งต น

ละลายในสารละลาย ethylene glycol ที่อุณหภูมิ 180C เปนเวลา 12 ช่ัวโมง แลวนําไปใชเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงในการสลาย rhodamine B พบวาสามารถสลาย rhodamine B ได [19] Jadhav และคณะ (2011) ไดทําการสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวยวิธีตกตะกอนรวม (pH=10) โดยใชสารต้ังตนเปน ZnSO4.7H2O, FeSO4.7H2O และทําการศึกษาผลของอุณหภูมิที่ใช

เผา (500-900C) ที่มีตอความสามารถในการสลายเมทิลออเรนจ พบวา ความสามารถในการสลายเมทิลออเรนจภายใตแสงวิซิเบิลของ ZnFe2O4 ลดลง เมื่อเพิ่มอุณหภูมิที่ใชในการเผา เน่ืองจากการเผาที่อุณหภูมิสูงจะเพิ่มขนาดของผลึกและลดพื้นที่ผิวของ ZnFe2O4 [20]



16

Behnajady และคณะ (2011) ไดทําการสังเคราะหอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซด โดยใชกระบวนการโซล-เจลและทําการศึกษาปจจัยที่มีผลตอการสังเคราะหไทเทเนียมไดออกไซด ไดแก ชนิดของสารต้ังตน ปริมาณตัวทําละลาย ปริมาณนํ้า อุณหภูมิและระยะเวลาที่ใชในการรีฟลักซ และอุณหภูมิที่ใชในการเผา จากน้ันทําการศึกษาประสิทธิภาพในการสลายสียอม C.I.Acid Red 27 ภายใตแสงยูวี พบวาสภาวะที่เหมาะสมที่ทําใหอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซดที่สังเคราะหไดสลาย สียอมไดดีที่สุดคือ ใชสารต้ังตนเปน Titanium (IV) isopropoxide รีฟลักซที่อุณหภูมิ 80ºC เปนเวลา 3 ช่ัวโมงและเผาที่อุณหภูมิ 450 ºC ซึ่งมีประสิทธิภาพเทียบเทากับ TiO2-P25 [21] Shahraki และคณะ (2012) ไดสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวยวิธีตกตะกอนรวมโดยใช ZnCl2 และ FeCl3.6H2O เปนสารต้ังตนและใช NaOH เปนตัว precipitating agent โดยผูจัยสนใจ

ศึกษาผลของอุณหภูมิใชในการตกตะกอน (20-80C) ตอโครงสรางและคุณสมบัติความเปนแมเหล็กของอนุภาค ZnFe2O4 ในการสังเคราะหไมนําอนุภาคที่สังเคราะหไดมาทําการเผา พบวา อนุภาคมีขนาด 5-10 nm เปน single phase และมีโครงสรางแบบ normal และ inverse spinel ผสมกัน

ที่อุณหภูมิ 40C ทําใหอนุภาค ZnFe2O4 มีความเปนแมเหล็กสูงสุด 7.3 emu/g [22] Loryuenyon และคณะ (2012) ไดทําการสังเคราะหอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซด โดยใชกระบวนการโซล-เจล และใช Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) และ CaCO3 เปนแมแบบ ซึ่งสารต้ังตนที่ใชคือ Titanium (IV) isopropoxide สังเคราะหในตัวทําละลายที่ เปนแอลกอฮอล และทําการศึกษาประสิทธิภาพของการสลายสียอมเมทิลีนบลู ภายใตแสงยูวี พบวา เฟสและปริมาณรูพรุนของไทเทเนียมไดออกไซดเปนปจจัยสําคัญตอความสามารถในการสลายสียอม โดยการที่ไทเทเนียมไดออกไซดมีเฟสเปนอะนาเทสสูงและมีพื้นผิวมากจะทําใหประสิทธิภาพในการสลายสียอมสูงข้ึน ซึ่งเฟสและปริมาณรูพรุนของอนุภาคข้ึนอยูกับการควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสและการฟอรมตัวเปนกลุมกอนของอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซดโดยแมแบบที่ใชในการสังเคราะหมีผลตอการฟอรมตัวของอนุภาค [23]

Guo และคณะ (2013) ไดสังเคราะห ZnFe2O4 ดวยวิธีโซลโวเทอรมอลใชสารต้ังตนเปน ZnCl2 และ FeCl3.6H2O ทําการควบคุมลักษณะของอนุภาคดวยตัวทําละลาย (solvent) ที่อุณหภูมิ

200C เปนเวลา 12 ช่ัวโมง พบวาเมื่อใชตัวทําละลายที่แตกตางกัน จะสงผลตอความเปนแมเหล็กของอนุภาค ZnFe2O4 ซึ่งเมื่อใชตัวทําละลายเปน glycerol/water อนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหไดจะอยูรวมกันเปนกลุมกอน ทําใหความเปนแมเหล็กเปนแบบ superparamagnetic แตเมื่อใชตัวทําละลายเปน enthylene glycol อนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหไดจะเปนผลึกเด่ียว (single crystalline) ทําใหความเปนแมเหล็กเปนแบบ ferromagnetic [24] Chen และคณะ (2013) ไดสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ที่มีรูปทรงเปนลูกบาศกดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล โดยใช Zn(CH3COO)2.2H2O และ FeCl2.4H2O และทดสอบสมบัติทางเคมีของอนุภาค ZnFe2O4 ดวยเทคนิค SEM, TEM, XRD, XPS, FR-IR และ ICE-AES พบวา อนุภาค ZnFe2O4 รูปทรงลูกบาศกแสดงความเปนแมเหล็ก (40.5 emu/g) มากกวาเมื่อเปรียบกับอนุภาค ZnFe2O4 ที่เปนรูปทรงปกติ [25] Sun และคณะ (2013) ไดสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ที่มีรูปทรงเปน octahedral ที่มีขนาดอนุภาคเฉลี่ย 10 nm โดยใชกระบวนการไฮโดรเทอรมอล และใส sodium oleate เปนสารที่ชวยในใหอนุภาค ZnFe2O4 ฟอรมรูปรางเปน octahedral และมี band gap เทากับ 1.7 eV ซึ่ง



17

สามารถกระตุ นไดภายใตแสงวิซ ิเบ ิล โดยระนาบ (111) มีความสามารถในการเปนตัวเร งปฏิกิริยาดวยแสงไดดีโดยการสลาย Rhodamine B ภายใตแสงอาทิตยได และความสามารถในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงจะเพิ่มมากข้ึนเมื่ออนุภาคมีขนาดเล็กลง อีกทั้งอนุภาค ZnFe2O4 สามารถแยกกลับมาใชใหมดวยแมเหล็กภายนอก [26]

Son และคณะ (2014) ไดทําการสังเคราะหอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซดโดยใชกระบวนการไฮโดรเทอรมอล ใชสารต้ังตนเปน Titanium oxysulfate (TiOSO4) และใช Sodium dodecyl sulfate (SDS) เปนสารลดแรงตึงผิว ทําการศึกษาสมบัติทางเคมีดวยเทคนิคตางๆ ไดแก XRD, SEM, BET และ TEM พบวาอนุภาคที่สังเคราะหไดมีรูปรางเปนทรงกลม มีเฟสเปนอะนาเทสเทาน้ัน และมีพื้นที่ผิวสูง จากน้ันนํามาศึกษาประสิทธิภาพการสลายสียอมภายใตแสงยูวี พบวาไทเทเนียมไดออกไซดที่สังเคราะหไดสามารถสลายสียอมไดเทียบเทา Degussa P25 [27] Zhu และคณะ (2014) ไดสังเคราะห ZnFe2O4-TiO2 ที่มีลักษณะคลายฟองนํ้า ดวยกระบวนการ solution combustion และศึกษาคุณสมบัติทางเคมีดวยเทคนิค XRD, BET, SEM พบวา โครงสรางที่มีลักษณะคลายฟองนํ้าชวยสงเสริมการดูดซับสารเมื่อมีแสงมาเกี่ยวของอีกทั้งยังขัดขวางการกลับมารวมตัวกันใหม (recombination) ของ e--h+ pairs ตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงที่สังเคราะหข้ึนสามารถสลายเมทิลลีนบลูไดถึง 93.2% ภายใตแสงวิซิเบิลและสามารถนํากลับมาใชใหมโดยการแยกดวยแทงแมเหล็กภายนอก [28]



8

18

บทที่ 3 อุปกรณและวิธีการดําเนินงานวิจัย

1. วัสดุและอุปกรณ 1.1 อุปกรณ 1.1.1 บีกเกอร (Beaker) 1.1.2 กระบอกตวง (Measuring cylinder) 1.1.3 แทงแกวคนสาร (Stirring rod) 1.1.4 ขวดปริมาตร (Volumetric flask) 1.1.5 เทอรโมมิเตอร (Thermometer) 1.1.6 ปเปต (Pipette) 1.1.7 หลอดทดลอง (Test tube) 1.1.8 หลอดหยด (Dropper) 1.1.9 แทงแมเหล็ก (Magnetic bar) 1.1.10 เครื่องเหว่ียงตะกอน (Centrifuge) 1.1.11 เครื่องกวนสารที่สามารถใหความรอนได (Stirrer hot-plate) 1.1.12 เครื่องกวนสาร (Stirrer) 1.1.13 เครื่องสั่นดวยคลื่นเสียงความถ่ีสูง (Ultrasonicator) 1.1.14 ตูฉายแสง (Irradiation cabinet) 1.1.15 ตัวควบแนน (Condenser) 1.1.16 ชุดกรองลดความดัน (Filter flask, Buchner funnel) 1.1.17 เตาเผา (Hot air oven) 1.1.18 ชุด autoclave 1.1.19 อางนํ้ามัน (Oil bath) 1.2 สารเคมี 1.2.1 Ferric Nitrate (Laboratory reagent&fine chemicals, CAS No.7782-61-8)

1.2.2 Iron (III) nitrate nonahydrate (Sigma-Aldrich, CAS No.7782-61-8) 1.2.3 Iron (II) sulfate heptahydrate (Sigma-Aldrich, CAS No.7720-78-7) 1.2.4 Zinc (II) sulfate heptahydrate (BDH chemicals, CAS No.7446-20-0)

1.2.5 Zinc Nitrate (Ajax Finechem Pty Ltd, CAS No.1201-15-85) 1.2.6 Ammonium hydroxide (J.T.Baket, CAS No. 1336-21-6) 1.2.7 Sodium dodecyl sulfate (Sigma-Aldrich) 1.2.8 Nitric acid (HNO3, 69.0-70%,J.T.Baker CAS No. 7697-37-2) 1.2.9 Titanium dioxide (TiO2, AR grade, Degussa P25 Code no.D-60287)



19

24

1.2.10 Titanium (IV) isopropoxide (Sigma-Aldrich, CAS No. 546-68-9) 1.2.11 Methylene blue (Ajax Finechem, Australia, Code no. 1137) 1.2.12 Orange II dye (C12H13ClN4, Aldrich) 2. วิธีการทดลอง 2.1 การสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 2.1.1 สังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวยกระบวนการตกตะกอนรวม ทําโดยนํา Zn(NO3)2.6H2O และ Fe(NO3)3.9H2O ในอัตราสวน 1:2 ปนกวนเปนเวลา 30 นาที นําสารละลาย Zn(NO3)2.6H2O ผสมกับสารละลาย Fe(NO3)3.9H2O ปนกวนที่ อุณหภูมิ 50ºC เปนเวลา 1.30 ช่ัวโมง หยดสารละลาย Sodium dodecyl sulfate ที่มีความเขมขน 16.4 mM ปริมาตร 20 mL ปนกวนที่อุณหภูมิ 50ºC เปนเวลา 1.30 ช่ัวโมง หยดสารละลาย NH4OH ที่มีความเขมขน 3.5 M จนสารละลายมี pH เทากับ 8 จากน้ันปนกวนตอที่อุณหภูมิ 50ºC เปนเวลา 1 ช่ัวโมง หลังจากน้ันต้ังทิ้งไว 24 ช่ัวโมงจึงนํามากรองและลางดวยนํ้ากลั่นหลายๆ ครั้ง นําไปอบที่อุณหภูมิ 110ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง จากน้ันนําผลิตภัณฑที่ไดมาบดใหละเอียดแลวนําไปเผาที่อุณหภูมิ 800ºC เปนเวลา 5 ช่ัวโมง จะได ZnFe2O4 ที่มีสีนํ้าตาล นอกจากน้ียังไดทําการสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวยวิธีการขางตนแตข้ันตอนสุดทายนําไปเผาที่อุณหภูมิ 600ºC เปนเวลา 4 ช่ัวโมง จะได ZnFe2O4 ที่มีสีนํ้าตาล 2.1.2 สังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล ทําโดยนํา Zn(NO3)2.6H2O และFe(NO3)3.9H2O ละลายในนํ้าแตละบีกเกอรมีนํ้าปริมาตร 20 mL ในอัตราสวน 1:2 ปนกวนเปนเวลา 30 นาที นําสารละลาย Zn(NO3)2.6H2O ผสมกับสารละลาย Fe(NO3)3.9H2O ปนกวนที่อุณหภูมิหอง เปนเวลา 1 ช่ัวโมง หยดสารละลาย Sodium dodecyl sulfate ที่มีความเขมขน 16.4 mM ปริมาตร 20 mL ปนกวนที่อุณหภูมิหอง เปนเวลา 1 ช่ัวโมง หยดสารละลาย NH4OH ที่มีความเขมขน 3.5 M จนสารละลายมี pH เทากับ 8 จากน้ันปนกวนตอที่อุณหภูมิหอง เปนเวลา 1 ช่ัวโมง หลังจากน้ันนํามาใสใน Teflon stainless steel autoclave และนําเขาเตาเผาที่อุณหภูมิ 200ºC เปนเวลา 10 ช่ัวโมง นํามากรองและลางดวยนํ้ากลั่นหลายๆ ครั้งนําไปอบที่อุณหภูมิ 110ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง จากน้ันนําผลิตภัณฑที่ไดมาบดใหละเอียดจะได ZnFe2O4 ที่มีสีนํ้าตาลแดง 2.2 การสังเคราะหอนุภาค TiO2 2.2.1 การสังเคราะหอนุภาค TiO2 ดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล ทําโดยนํา conc.HNO3 ปริมาตร 0.15 mL หยดลงในนํ้ากลั่น ปริมาตร 22 mL ปนกวนเปนเวลา 20 นาทีที่อุณหภูมิหอง หยด TTIP (Titanium (IV) isopropoxide) ปริมาตร 1.78 mL ปนกวนที่อุณหภูมิหองเปนเวลา 20 นาที หลังจากน้ันนํามา Reflux ในอางนํ้ามันที่อุณหภูมิ 85ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง จากน้ันนํามาใสใน Teflon stainless steel autoclave และนําเขาเตาเผาที่อุณหภูมิ 200ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง นํามากรองและลางดวยนํ้ากลั่นหลายๆ ครั้ง นําไปอบที่อุณหภูมิ 110ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง จากน้ันนําผลิตภัณฑที่ไดมาบดใหละเอียดจะได TiO2 ที่มีสีขาวนวล



20

2.2.2 การสังเคราะหอนุภาค TiO2 ดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส ทําโดยนํา conc.HNO3 ปริมาตร 0.15 mL หยดลงในนํ้ากลั่น ปริมาตร 22 mL ปนกวนเปนเวลา 20 นาทีที่อุณหภูมิหอง หยด TTIP (Titanium (IV) isopropoxide) ปริมาตร 1.78 mL ปนกวนที่อุณหภูมิหอง เปนเวลา 20 นาที จากน้ันปนกวนในอางนํ้ามันที่อุณหภูมิ 85ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง หลังจากน้ันนํามาใสใน Dialysis bag ปนกวนในบีกเกอรที่มีนํ้ากลั่น ประมาณ 2-3 วัน (ตองเปลี่ยนนํ้าทุกวัน) จะได TiO2 ที่มี pH เทากับ 7 นําไปอบที่อุณหภูมิ 110ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง นําผลิตภัณฑที่ไดมาบดใหละเอียด แลวนําไปเผาที่อุณหภูมิ 400ºC เปนเวลา 3 ช่ัวโมง จากน้ันนําผลิตภัณฑที่ไดมาบดใหละเอียดจะได TiO2 ที่มีสีขาว 2.3 การสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 2.3.1 การสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล ทําโดยนํา conc.HNO3 ปริมาตร 0.15 mL หยดลงในนํ้ากลั่น ปริมาตร 22 mL ปนกวนเปนเวลา 20 นาที ที่อุณหภูมิหองเติมอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหไดการกระบวนการตกตะกอนรวม (ZnFe2O4 เผาที่อุณหภูมิ 800ºC เปนเวลา 5 ช่ัวโมง) ปริมาณ 0.2 g จากน้ัน sonicate เปนเวลา 2 ช่ัวโมง จากน้ันหยด TTIP (Titanium (IV) isopropoxide) ปริมาตร 1.78 mL ปนกวนที่อุณหภูมิหอง เปนเวลา 20 นาที หลังจากน้ันนํามา Reflux ในอางนํ้ามันที่อุณหภูมิ 85ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง หลังจากน้ันนํามาใสใน Teflon stainless steel autoclave และนําเขาเตาเผาที่อุณหภูมิ 200ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง นํามากรองและลางดวยนํ้ากลั่นหลายๆ ครั้ง นําไปอบที่อุณหภูมิ 110ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง จากน้ันนําผลิตภัณฑที่ไดมาบดใหละเอียดจะได ZnFe2O4-TiO2 2.3.2 การสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ดวยกระบวนการโซลเจล ทําโดยนํา conc.HNO3 ปริมาตร 0.15 mL หยดลงในนํ้ากลั่น ปริมาตร 22 mL ปนกวนเปนเวลา 20 นาที ที่อุณหภูมิหองเติมอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหไดการกระบวนการตกตะกอนรวม (ZnFe2O4 เผาที่อุณหภูมิ 600ºC เปนเวลา 4 ช่ัวโมง) หรืออนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหไดการกระบวนการไฮโดรเทอรมอล ปริมาณ 0.2 g จากน้ัน sonicate เปนเวลา 2 ช่ัวโมง จากน้ันหยด TTIP (Titanium (IV) isopropoxide) ปริมาตร 1.78 mL ปนกวนที่อุณหภูมิหอง เปนเวลา 20 นาที จากน้ันปนกวนในอางนํ้ามันที่อุณหภูมิ 85ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง หลังจากน้ันใชแทงแมเหล็กภายนอกดูดแยกอนุภาคหรือเหว่ียงและลางดวยนํ้ากลั่นหลายๆ ครั้ง จนได ZnFe2O4-TiO2 ที่มี pH เทากับ 7 นําไปอบที่อุณหภูมิ 110ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง นําผลิตภัณฑที่ไดมาบดใหละเอียด แลวนําไปเผาที่อุณหภูมิ 400ºC เปนเวลา 3 ช่ัวโมง จากน้ันนําผลิตภัณฑที่ไดมาบดใหละเอียดจะได ZnFe2O4-TiO2 2.3.3 การสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส ทําโดยนํา conc.HNO3 ปริมาตร 0.15 mL หยดลงในนํ้ากลั่น ปริมาตร 22 mL ปนกวนเปนเวลา 20 นาที ที่อุณหภูมิหองเติมอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหไดการกระบวนการตกตะกอนรวม (ZnFe2O4 เผาที่อุณหภูมิ 600ºC เปนเวลา 4 ช่ัวโมง) ปริมาณ 0.2 g sonicate เปนเวลา 2 ช่ัวโมง จากน้ันหยด TTIP (Titanium (IV) isopropoxide) ปริมาตร 1.78 mL ปนกวนที่อุณหภูมิหอง เปนเวลา 20 นาที จากน้ันปนกวนในอางนํ้ามันที่อุณหภูมิ 85ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง หลังจากน้ันนํามาใสใน Dialysis bag ปนกวนในบีกเกอรที่มีนํ้ากลั่น ประมาณ 2-3 วัน (ตองเปลี่ยนนํ้าทุกวัน) จนได ZnFe2O4-TiO2 ที่มี pH เทากับ 7 นําไปอบที่อุณหภูมิ 110ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง นําผลิตภัณฑที่ไดมาบดใหละเอียด



21

แลวนําไปเผาที่อุณหภูมิ 400ºC เปนเวลา 3 ช่ัวโมง จากน้ันนําผลิตภัณฑที่ไดมาบดใหละเอียดจะได ZnFe2O4-TiO2 2.4 การตรวจสอบคุณลักษณะของตัวเรงปฏิกิริยา ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหได ซึ่งการวิเคราะหคุณสมบัติของตัวเรงปฏิกิริยาโดยใชเครื่องมือดังตอไปน้ี

2.4.1 เครื่อง X-ray Diffractrometer (XRD; Rigaku, MiniflexII) เพื่อวิเคราะหหาโครงสรางผลึกและขนาดของผลึกของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหไดการวิเคราะหโดยการเลี้ยวเบนของรังสีเอ็กซ (XRD) เปนเทคนิคที่มีการใชกันแพรหลายในการวิเคราะหวัสดุตางๆ โดยอาศัยหลักการเลี้ยวเบนของรังสีเอ็กซเมื่อลํารังสีตกกระทบวัตถุหรืออนุภาคจะเกิดการหักเหของลํารังสีสะทอนออกมาทํามุมกับระนาบของอนุภาคเทากับมุมของลํารังสีตกกระทบ โดยตัวอยางที่ตองการวัดน้ันสามารถอยูในรูปของผลึกเด่ียว ผงละเอียดและฟลมบางได ซึ่งในการวิเคราะหโครงสรางผลึกของสารประกอบและแรสามารถแยกแยะประเภทและชนิดของวัสดุที่พบในธรรมชาติวามีรูปแบบโครงสรางผลึกแบบใดหรือจําแนกไดวาวัสดุที่พบเห็นน้ันเปนธาตุชนิดใดโดยทําการวัดคาความเขมของรังสีที่สะทอนออกมาที่มุมตางๆเปรียบเทียบกับขอมูลมาตรฐานที่ทําการตรวจวัดโดยองคกร JCPDs (Joint Committee on Powder Diffraction Standard) เน่ืองจากสารประกอบแตละชนิดมีรูปแบบโครงสรางผลึกแตกตางกันและระยะหางระหวางระนาบของอะตอมที่จัดเรียงกันอยางเปนระเบียบก็แตกตางกันไปข้ึนอยูกับขนาดและประจุของอะตอมสารประกอบแตละชนิดจะมีรูปแบบ (XRD pattern) เฉพาะตัวเปรียบเชนเดียวกับลายน้ิวมือของคนที่แตกตางกัน 2.4.2 เครื่อง Fourier Transform Infrared Spectrometer (FT-IR; Perkin Elmer, Spectrum 100) เปนเครื่องมือที่ใชในการวิเคราะหหาหมูฟงกชันที่สําคัญของอนุภาค โดยการวัดการดูดกลืนรังสีที่อยูในชวงอินฟราเรดที่อยูในชวงเลขคลื่น (Wave number) ประมาณ 4000 – 400 cm-1 โดยจะตรวจสอบเกี่ยวกับโมเลกุลของสาร อาศัยหลักการเกี่ยวกับการสั่น (Vibration) ของโมเลกุลแสงอินฟราเรดชวงกลาง มีความถ่ีตรงกับความถ่ีของการสั่นของพันธะโควาเลนซในโมเลกุลของสาร เมื่อสารตัวอยางไดรับพลังงานจากคลื่นรังสีอินฟราเรดที่พอเหมาะจะเกิดการสั่นของโมเลกุล ทําใหเกิดการเปลี่ยนแปลงคาโมเมนตข้ัวคู (Dipole Moment) ของโมเลกุล ทําใหโมเลกุลเกิดการดูดกลืนแสงแลววัดแสงที่สงผานออกมา แสดงผลเปนความสัมพันธของความถ่ีหรือ wavenumber กับคาการสงผานของแสง เรียกวา IR Spectrum ซึ่งลักษณะสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของสารแตละชนิดจะมีคุณสมบัติเฉพาะ โมเลกุลของสสารจึงสามารถดูดกลืนแสงอินฟราเรดไดที่ความถ่ีตางกันข้ึนอยูกับความแข็งแรงของพันธะและนํ้าหนักของอะตอมขอ Functional Groups ในโมเลกุลน้ันๆ 2.4.3 เครื่อง Brunauer-Emmett-Teller (BET; Quantachrome Instruments version 10.01) เพื่อวิเคราะหหาพื้นที่ผิวเฉลี่ย ขนาดเสนผานศูนยกลางของรูพรุน ปริมาตรของรูพรุนทําไดโดยการศึกษาการดูดซับของกาซไนโตรเจนหรือกาซอื่นที่มีขนาดเล็ก เชน อารกอน (Ar) โดยใชประโยชนจากไอโซเทอมของการดูดซับทางกาย ซึ่งข้ึนกับชนิดของตัวดูดซับ 2.4.4 กลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราด (Scanning electron Microscope (SEM); Camscan, MX2000) เปนเทคนิคที่ใหขอมูลเกี่ยวกับลักษณะพื้นผิว ขนาดอนุภาค รูปรางอนุภาค และการกระจายตัวของอนุภาค โดยใชลําอิเล็กตรอนแทนแสงทําใหไดกําลังขยายมากกวาการใชกลองจุลทรรศนธรรมดาเปนลานเทา หลักการทํางานของเครื่องจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราด (SEM) จะ



22

ประกอบดวยแหลงกําเนิดอิเล็กตรอน ผลิตอิเล็กตรอนใหแกระบบซึ่งถูกเรงดวยสนามไฟฟา จากน้ันกลุมอิเล็กตรอนจะผานคอนเดนเซอรเลนส เพื่อทําใหกลุมอิเล็กตรอนกลายเปนลําอิเล็กตรอน จากน้ันลําอิเล็กตรอนจะถูกปรับระยะโฟกัสโดยเลนสใกลวัตถุลงบนผิวช้ินงานที่ตองการศึกษา ซึ่งจะทําใหเกิดอิเล็กตรอนทุติยภูมิ ซึ่งสัญญาณจากอิเล็กตรอนทุติยภูมิจะถูกบันทึก และแปลงไปเปนสัญญาณทางอิเล็กทรอนิกสและถูกนําไปสรางเปนภาพ 2.4.5 กลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองผาน (Transmission electron Microscope (TEM)) เปนเทคนิคที่ใหขอมูลเกี่ยวกับลักษณะรูปรางอนุภาค และการกระจายตัวของอนุภาค โดยหลักการทํางานของเครื่องจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองผาน (TEM) เริ่มจากการเรงอิเล็กตรอนที่ถูกปลดปลอยจากปนอิเล็กตรอนหรือแหลงกําเนิดอิเล็กตรอนผานระบบคอนเดนเซอรเลนส เพื่อปรับใหอิเล็กตรอนมีพลังงานสูง ซึ่งอาจสูงถึง 100 keV หรือมากกวา เพื่อปรับใหอิเล็กตรอนมีพลังงานหรือมีความเขมที่เหมาะสมกับตัวอยางที่บาง (นอยกวา 200 nm) ลําอิเล็กตรอนที่ผานคอนเดนเซอรเลนสจะสองผานตัวอยางและภาพของตัวอยางที่ถูกลําอิเล็กตรอนสองผานจะถูกขยายดวยเลนสใกลวัตถุ โดยกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองผานมีขอดีเหนือกวากลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราดเน่ืองจากกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองผานสามารถใชวิเคราะหโครงสรางภายในของวัสดุไดและใหขอมูลการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนไดอีกดวย ทําใหสามารถระบุไดวาตัวอยางที่วิเคราะหเปนผลึกเด่ียว (single crystal) วัสดุหลายผลึก (polycrystalline) หรือวัสดุอสัณฐาน (amorphous) 2.4.6 เครื่อง X-ray photoelectron spectroscopy (XPS; Kratos Analytical Ltd., AXIS Ultra DLD) เปนเทคนิควิเคราะหทั้งเชิงคุณภาพและเชิงประมาณ ที่สามารถใหขอมูลสมบัติทางเคมีที่ระดับผิวของวัสดุในหลายแงมุม เชน ชนิดและจํานวนธาตุองคประกอบ โครงสรางทางเคมี ชนิดพันธะทางเคมี และสถานะออกซิเดชันของอะตอม เปนตน นอกจากน้ันยังรวมถึงความสม่ําเสมอของธาตุองคประกอบ สภาพทางเคมีของผิวที่เปลี่ยนได หลังกระทบดวยความรอน สารเคมี ลําไอออน พลาสมา หรือรังสียูวี เปนตน โดยหลักการทํางานของเทคนิคน้ีคือ การใชลําของรังสีเอกซที่มีพลังงานสูงไปกระทบตัวอยาง ซึ่งทําใหเกิดการหลุดออกของอิเล็กตรอนที่อยูวงในสุด (core electron) ของตัวอยางเน่ืองจากไดรับพลังงานที่มากพอซึ่งเรียกอิเล็กตรอนเหลาน้ีวา โฟโตอิเล็กตรอน (photoelectron) เมื่อทําการตรวจวัดโฟโตอิเล็กตรอนดังกลาวจะไดขอมูลของปริมาณธาตุและพันธะตางๆ ที่เกิดข้ึนบนพื้นผิวของสารตัวอยาง 2.4.7 เครื่อง Diffused Reflectance UV-Vis Spectroscopy (UV/DRS; T92+UV Spectrophotometer PG Instruments) เปนเทคนิคที่ใชสเปกโทรสโกปการดูดกลืนแสงในยานแสงขาว (visible) และแสงเหนือมวง (ultraviolet) เพื่อกระตุนอิเล็กตรอนวงนอกสุดโดยความยาวคลื่นของแสงในชวงดังกลาวทําใหอิเล็กตรอนเกิดการทรานซิชัน โดยการดูดซับแสงขาวหรือแสงเหนือมวง ดังน้ันอิเล็กตรอนจึงถูกกระตุนจากสภาวะพื้นไปยังสภาวะกระตุนที่มีพลังงานสูงกวา โดยจะเปนไปตามกฎของ Beer-Lambert โดยลักษณะสเปกตรัมที่เกิดจากการดูดกลืนแสงและการเปลงแสงของอะตอมและไอออนเกิดจากการทรานซิชันระดับควอนตัม จะเปนสเปกตรัมทีม่ีพีคการดูดกลืนแสงที่มีลักษณะแหลม ดังน้ันความยาวคลื่นหรือพลังงานของโฟตอนที่วิเคราะหไดจึงมีความถูกตองและแมนยําสูง สวนสเปกตรัมของโมเลกุลจะแสดงการดูดกลืนแสงที่มีความแหลมคมที่ชัดเจนนอยกวาสเปกตรัมของอะตอม แตสามารถใหขอมูลโครงสรางอิเล็กตรอนของโมเลกุลได เน่ืองจากระดับพลังงานของอะตอมในของแข็งถูกแยกออกเปนแถบพลังงานที่ตอเน่ืองสองแถบ คือ



23

แถบวาเลนส (valence band) และแถบการนํา (conduction band) ทําใหสเปกตรัมของของแข็งมีลักษณะกวาง โดยความแตกตางของพลังงานระหวางแถบวาเลนซที่ตําแหนงสูงสุดกับแถบการนําที่ตําแหนงตํ่าสุด คือ ชองวางพลังงาน (band gap energy; Eg) 2.4.8 เครื่อง Vibrating sample magnetometer (VSM; Lakeshore7404) เพื่อวิเคราะหคุณสมบัติความเปนแมเหล็กของอนุภาค โดยมีหลักการคือ นําตัวอยางที่ตองการวิเคราะหมาบรรจุอยูในชอง sample holder ที่ลอมรอบดวยตัวกําเนิดสนามแมเหล็กไฟฟา หลังจากน้ันจะทําการสั่นโดยใชวัสดุ

piezoelectric ในทิศทางข้ึนและลงพรอมกับใหสนามแมเหล็กไฟฟาผาน pickup coils จะไดขอมูลออกมาเปน hysteresis loop ในลักษณะตางๆ ตามชนิดความเปนแมเหล็กของสารตัวอยาง 2.4.9 เครื่องยูวี-วิสิเบิลสเปกโทรโฟโตมิเตอร (UV-Visible Spectrophotometer; Perkin Elmer, Hewlett Packard 8453) เปนเครื่องมือที่ใชในวิเคราะหสารโดยอาศัยหลักการดูดกลืนรังสีของสารที่อยูในชวง Ultra violet (UV) และVisible (VIS) ความยาวคลื่นประมาณ 190-1000 nm สวนใหญเปนสารอินทรีย สารประกอบเชิงซอน หรือสารอนินทรีย ทั้งที่มีสีและไมมีสี สารแตละชนิดจะดูดกลืนรังสีในชวงความยาวคลื่นที่แตกตางกันและปริมาณการดูดกลืนรังสีก็ข้ึนอยูกับความเขมของสารน้ัน การดูดกลืนแสงของสารตางๆเปนสัดสวนโดยตรงกับความเขมขนของสาร จึงสามารถวิเคราะหไดในเชิงคุณภาพและปริมาณ เปนเทคนิคที่ใหสภาพไวที่ดี และใชกันอยางแพรหลาย ผลที่ไดจากการวิเคราะหดวยเทคนิคน้ีจะแสดงความสัมพันธระหวางคาการดูดกลืนแสง (Absorbance) และคาความยาวคลื่น (Wavelength) ซึ่งเรียกวา Spectrum 2.5 ศึกษาสมบัติการเปนตัวเรงปฏิกิริยาของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหได 2.5.1 ทดสอบความสามารถในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหได ทําโดยนําอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหได 0.05 g ใสบีกเกอรที่มีสารละลายเมทิลีนบล ูเขมขน 1x10-5 M ปริมาตร 50 mL ปนกวนตลอดเวลา ปลอยใหเกิดการดูดซับในที่มืดเปนเวลา 1 ช่ัวโมง จากน้ันทําการเก็บสารละลายเมทิลีนบลู แลวฉายแสง (ภายใตแสงวิสิเบิล) และเก็บสารละลายเมทิลีนบล ูที่เวลาคือ 1, 2, 3, 4 และ 5 ช่ัวโมง แยกอนุภาค ZnFe2O4 และ ZnFe2O4-TiO2 โดยการใชแทงแมเหล็กภายนอก สําหรับอนุภาค TiO2 นําไปเหว่ียงเพื่อแยกออกจากสารละลายเมทิลีนบลู สวนใสไปวิเคราะหความเขมขนของเมทิลีนบล ูที่เหลืออยูดวยเครื่อง UV-Visible spectrophotometer เพื่อวัดคาการดูดกลืนแสงดูการยอยสลายของสียอม แลวนําคาการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่น 664 nm ในแตละครั้งของการวัดไปคํานวณเปอรเซ็นตประสิทธิภาพในการยอยสลายสียอม (%Degradation)

โดยใช สูตร %Degradation = [(A0 – At)/A0] x 100 โดยที่ A0 = ความเขมขนเริ่มตนของ Methylene blue At = ความเขมขนที่เวลาใด ๆ ของ Methylene blue 2.5.2 ศึกษาปจจัยที่มีผลตอความสามารถในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ไดแก ชนิดของสียอม คา pH และการนํากลับมาใชใหม



24

24

บทที่ 4 ผลการทดลองและอภิปรายผล

1. ลักษณะทางกายภาพของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหได 1.1 ลักษณะทางกายภาพของอนุภาค ZnFe2O4 แบงออกเปนอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมและกระบวนการไฮโดรเทอรมอล โดยกระบวนการสังเคราะหสามารถอธิบายไดดังแสดงในสมการ 4.1-4.2

Zn2++ 2Fe3++ 8OH- Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 (4.1) Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 ZnFe2O4 + 4H2O (4.2)

โดยอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหไดมีลักษณะทางกายภาพ ดังแสดงในตารางที่ 4.1

ตารางที่ 4.1 แสดงลักษณะทางกายภาพของอนุภาค ZnFe2O4 ในสภาวะตางๆ ที่ไดทําการศึกษา

สภาวะที่ศึกษา ลักษณะทางกายภาพ อนุภาค ZnFe2O4

อุณหภูมิที่ใชในการเผา

400ºC, 5h ผงละเอียดสีนํ้าตาล



pH ที่ใชในการสังเคราะห

pH 5 ผงละเอียดสีแดงเลือดหม ู



25

ตารางที่ 4.1 แสดงลักษณะทางกายภาพของอนุภาค ZnFe2O4 ในสภาวะตางๆ ที่ไดทําการศึกษา (ตอ)


pH ที่ใชในการสังเคราะห

pH 12 ผงละเอียดสีนํ้าตาล

ความเขมขนของสารลดแรงตึงผิว

(SDS)

4.1 mM ผงละเอียดสีนํ้าตาล



ชนิดของสารต้ังตน

ZnSO4.7H2O และ

FeSO4.7H2O

ผงละเอียดสีนํ้าตาล

ชนิดของตัวตกตะกอน

NaOH ผงละเอียดสีนํ้าตาล



26

ตารางที่ 4.1 แสดงลักษณะทางกายภาพของอนุภาค ZnFe2O4 ในสภาวะตางๆ ที่ไดทําการศึกษา (ตอ)

เมื่อสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวยกระบวนการตกตะกอนรวม ในสภาวะที่ใชสารต้ัง

ตนเปน Zn(NO3)2.6H2O และ Fe(NO3)3.9H2O สังเคราะหที่ pH 8 ใชตัวตกตะกอนเปน NH4OH เติมสารลดแรงตึงผิวที่ความเขมขน 16.4 mM และเผาที่อุณหภูมิ 800ºC เปนเวลา 5 ช่ัวโมง พบวาเปนสภาวะที่อนุภาค ZnFe2O4 สามารถสลายสียอมเมทิลีนบลู ไดดีที่สุด แตความเปนแมเหล็กนอย จึงไดเพิ่มเวลาที่ใชในการปนกวนและเปลี่ยนอุณหภูมิที่ใชเผาเปน 600ºC เปนเวลา 4 ช่ัวโมง พบวาอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหไดมีความเปนแมเหล็กมากข้ึน ซึ่งมีลักษณะทางกายภาพดังแสดงในตารางที่ 4.2

ตารางที่ 4.2 แสดงลักษณะทางกายภาพของอนุภาค ZnFe2O4 เปลี่ยนอุณหภูมิที่ใชเผาเปน 600ºC เปนเวลา 4 ช่ัวโมง


ชนิดของตัวตกตะกอน

Na2CO3 ผงละเอียดสีนํ้าตาล

สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล

ผงละเอียดสีแดงเลือดหม ู


- เผาที่อุณหภูมิ 600ºC เปนเวลา 4 ช่ัวโมง

- เพิ่มระยะเวลาในการปนกวน




27

1.2 ลักษณะทางกายภาพของอนุภาค TiO2 แบงออกเปนอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล และกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส โดยใช Titanium (IV) isopropoxide เปนสารต้ังตน ซึ่งอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหไดมีลักษณะทางกายภาพ ดังแสดงในตารางที่ 4.3

ตารางที่ 4.3 แสดงลักษณะกายภาพของอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอร มอล และกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส

สภาวะที่ศึกษา ลักษณะทางกายภาพ อนุภาค TiO2

กระบวนการไฮโดรเทอรมอล ผงละเอียดสีขาวนวล

กระบวนการโซลเจล ผงละเอียดสีขาว

1.3 ลักษณะทางกายภาพของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 แบงออกเปน อนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล กระบวนการโซลเจล และกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส ซึ่งอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหไดมีลักษณะทางกายภาพ ดังแสดงในตารางที่ 4.4

ตารางที่ 4.4 แสดงลักษณะกายภาพของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ในสภาวะตางๆ ที่ไดทําการศึกษา

สภาวะที่ศึกษา ลักษณะทางกายภาพ อนุภาค ZnFe2O4-TiO2

กระบวนการไฮโดรเทอร

มอล

อัตราสวน ZnFe2O4-TiO2

(1:1) ผงละเอียดสีนํ้าตาลแดง


(1:3) ผงละเอียดสีนํ้าตาล



28

ตารางที่ 4.4 แสดงลักษณะกายภาพของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ในสภาวะตางๆ ที่ไดทําการศึกษา (ตอ)

สภาวะที่ศึกษา ลักษณะทางกายภาพ ผง ZnFe2O4-TiO2

กระบวนการไฮโดรเทอรมอล


(1:6)

ผงละเอียดสีนํ้าตาลออน

กระบวนการโซล

เจล


(1:1)






อัตราสวน ZnFe2O4

hydrothermal-TiO2 (1:6)


กระบวนการโซลเจล -ไดอะไลซิส





29

96

ตารางที่ 4.4 แสดงลักษณะกายภาพของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ในสภาวะตางๆ ที่ไดทําการศึกษา (ตอ)

สภาวะที่ศึกษา ลักษณะทางกายภาพ อนุภาค ZnFe2O4-TiO2

กระบวนการโซลเจล -ไดอะไลซิส




(1:6)

ผงละเอียดสีนํ้าตาลออน



30

2. การศึกษาโครงสรางผลึกและขนาดของผลึกของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหไดดวยเทคนิค X-ray diffractometry (XRD)

2.1 ศึกษาผลของอุณหภูมิในการเผาที่ใชในการสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 เมื่อนําอนุภาค ZnFe2O4 ที่ไดจากการสังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน ไดแก ที่อุณหภูมิ 400ºC, 600ºC และ 800ºC เปนเวลา 5 ช่ัวโมง ไปวิเคราะหหาโครงสรางผลึกโดยเทคนิค XRD พบวามีพีคที่ปรากฏข้ึนที่ 2θ เทากับ 30.0º, 35.3º, 43.4º, 53.3º, 56.7º และ 62.3º ตรงกับ (JCPDS No. 22-1012) ซึ่งพีคที่ปรากฏข้ึนตรงกับระนาบของผลึก คือ (220), (311), (400), (422), (511) และ (440) ตามลําดับ แสดงใหเห็นวาอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหได มีโครงสรางเปน cubic spinel [28] ดังแสดงในรูปที่ 4.1

รูปที่ 4.1 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมที่ใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน

2.2 ศึกษาผลของ pH ที่ใชในการสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 เมื่อนําอนุภาค ZnFe2O4

ที่ไดจากการสังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดย pH ที่ใชในการสังเคราะหตางกัน ไดแก pH 5, pH 8 และ pH 12 ไปวิเคราะหหาโครงสรางผลึกโดยเทคนิค XRD พบวาอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหที่ pH 8 มีพีคที่ปรากฏข้ึนที่ 2θ เทากับ 30.0º, 35.3º, 43.4º, 53.3º, 56.7ºและ 62.3º ตรงกับ (JCPDS No. 22-1012) ซึ่งพีคที่ปรากฏข้ึนตรงกับระนาบของผลึก คือ (220), (311), (400), (422), (511) และ (440) ตามลําดับ แสดงใหเห็นวาอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหไดมีโครงสรางเปน cubic spinel สําหรับอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหที่ pH 5 มีพีคปรากฏข้ึนที่ 2θ เทากับ 24.2º, 33.1º, 35.5º, 41.0º, 49.4º, 54.1º, 62.4º และ 64.2º ตรงกับ (JCPDS No.13-0534) ซึ่งพีคที่ปรากฏข้ึนตรงกับระนาบของผลึก คือ (012), (104), (110), (113), (024), (116), (214) และ (300) ตามลําดับ ที่แสดงใหเห็นวามีเฟสของ Fe2O3 ผสมอยูดวยอยางชัดเจน ในขณะที่อนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหที่ pH 12 มีเฟสของ Fe2O3 ผสมอยูดวยเชนกัน ดังแสดงในรูปที่ 4.2

● ZnFe2O4

2-thetha (deg.)



31

รูปที่ 4.2 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยสังเคราะหที่ pH ตางกัน

2.3 ศึกษาปจจัยในการสังเคราะหอื่นๆ ที่มีผลตอการสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 โดยศึกษาผลของการเติมสารลดแรงตึงผิวที่ความเขมขนตางกัน (SDS; 4.1mM, 8.2mM และ16.4mM) ชนิดของตัวตกตะกอน (NH4OH, Na2CO3 และ NaOH) และชนิดของสารต้ังตน (Zn(NO3)2.6H2O และ Fe(NO3)3.9H2O, ZnSO4.7H2O และ FeSO4.7H2O) ไปวิเคราะหหาโครงสรางผลึกโดยเทคนิค XRD พบวามีพีคที่ปรากฏข้ึนที่ 2θ เทากับ 30.0º, 35.3º, 43.4º, 53.3º, 56.7º และ 62.3º ตรงกับ (JCPDS No. 22-1012) ซึ่งพีคที่ปรากฏข้ึนตรงกับระนาบของผลึก คือ (220), (311), (400), (422), (511) และ (440) ตามลําดับ แสดงใหเห็นวาอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหได มีโครงสรางเปน cubic spinel ดังแสดงในรูปที่ 4.3-4.5

รูปที่ 4.3 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยมีเติมความเขมขนสารลดแรงตึงผิว (SDS) ตางกัน

● ZnFe2O4 Fe2O3

●

2-thetha (deg.)

2-thetha (deg.)



32

รูปที่ 4.4 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชชนิดของตัวตกตะกอนตางกัน

รูปที่ 4.5 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชชนิดของสารต้ังตนตางกัน

●

● ZnFe2O4

2-thetha (deg.)

2-thetha (deg.)



33

2.4 เมื่อนําอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมที่มีการเพิ่มเวลาในการปนกวนในขณะสังเคราะห เปลี่ยนอุณหภูมิในการเผาเปน 600ºC เปนเวลา 4 ช่ัวโมง และอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหกระบวนการไฮโดรเทอรมอลที่อุณหภูมิ 200ºC เปนเวลา 10 ช่ัวโมง ไปวิเคราะหหาโครงสรางผลึกโดยเทคนิค XRD พบวามีพีคที่ปรากฏข้ึนที่ 2θ เทากับ 30.0º, 35.3º, 43.4º, 53.3º, 56.7º และ 62.3º ตรงกับ (JCPDS No. 22-1012) ซึ่งพีคที่ปรากฏข้ึนตรงกับระนาบของผลึก คือ (220), (311), (400), (422), (511) และ (440) ตามลําดับ แสดงใหเห็นวาอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหได มีโครงสรางเปน cubic spinel ดังแสดงในรูปที่ 4.6

รูปที่ 4.6 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมและกระบวนการไฮโดรเทอรมอล

2.5 เมื่อนําอนุภาค TiO2 ที่ไดจากการสังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอลที่อุณหภูมิ 200ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง และกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส โดยใชสารต้ังตนเปน Titanium (IV) isopropoxide ไปวิเคราะหหาโครงสรางผลึกโดยเทคนิค XRD พบวามีพีคที่ปรากฏข้ึนที่ 2θ เทากับ 25.3º, 38.0º, 48.3º, 54.4º และ 62.8º ตรงกับ (JCPDS No.78-2486) ซึ่งพีคที่ปรากฏข้ึนตรงกับระนาบของผลึก คือ (101), (004), (200), (105) และ (204) ตามลําดับ แสดงใหเห็นวาอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหได มีเฟสเปนอะนาเทส ดังแสดงในรูปที่ 4.7

● ZnFe2O4

2-thetha (deg.)



34

รูปที่ 4.7 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค TiO2 สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดร-เทอรมอลและกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส

2.6 เมื่อนําอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่ไดจากการสังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอลที่อุณหภูมิ 200ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง โดยใช Titanium (IV) isopropoxide เปนสารต้ังตนและเพิ่มปริมาณ TiO2 ใหมีอัตราสวนโดยโมลของ ZnFe2O4:TiO2 เปน 1:1, 1:3 และ1:6 ไปวิเคราะหหาโครงสรางผลึกโดยเทคนิค XRD พบวา มีพีคของ ZnFe2O4 และTiO2 อยูรวมกันโดยในทุกๆ อัตราสวนที่สังเคราะหได และแสดงใหเห็นวาอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหได มีเฟสเปนอะนาเทสและพบพีคของอนุภาค ZnFe2O4 ที่แสดงใหเห็นวาอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหได มีโครงสรางเปน cubic spinel ในขณะที่อนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่มีอัตราสวนเปน 1:1 พบพีคของอนุภาค ZnFe2O4 ที่แสดงใหเห็นวามีเฟสของ Fe2O3 ผสมอยูดวย ดังแสดงในรูปที่ 4.8

รูปที่ 4.8 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล

TiO2 anatase

2-thetha (deg.)

2-thetha (deg.)



35

2.7 เมื่อนําอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่ไดจากการสังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล และกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส โดยใช Titanium (IV) isopropoxide เปนสารต้ังตนและเพิ่มปริมาณ TiO2 ใหมีอัตราสวนโดยโมลของ ZnFe2O4-TiO2 เปน 1:1, 1:3 และ1:6 ไปวิเคราะหหาโครงสรางผลึกโดยเทคนิค XRD พบวา มีพีคของ ZnFe2O4และTiO2 อยูรวมกันโดยในทุกๆ อัตราสวนที่สังเคราะหได แสดงใหเห็นวาอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหได มีเฟสเปนอะนาเทสและพบพีคของอนุภาค ZnFe2O4 ที่แสดงใหเห็นวาอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหได มีโครงสรางเปน cubic spinel ดังแสดงในรูป 4.9-4.10

รูปที่ 4.9 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการดวยกระบวนการโซลเจล

รูปที่ 4.10 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 สังเคราะหดวยกระบวนการ

โซลเจล-ไดอะไลซิส

2-thetha (deg.)

2-thetha (deg.)



36

2.7 เมื่อนําอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 อัตราสวน 1:6 ที่ไดจากการสังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล ที่ใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน ไดแก ไมเผา, 250ºC และ 400ºC เปนเวลา 3 ช่ัวโมง โดยใช Titanium (IV) isopropoxide เปนสารต้ังตน ไปวิเคราะหหาโครงสรางผลึกโดยเทคนิค XRD พบวา มีพีคแสดงใหเห็นวาอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหได มีเฟสเปนอะนาเทสและพบพีคของอนุภาค ZnFe2O4 ที่แสดงใหเห็นวาอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหได มีโครงสรางเปน cubic spinel ดังแสดงในรูป 4.11

รูปที่ 4.11 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 อัตราสวน 1:6 ที่สังเคราะห

ดวยกระบวนการโซลเจล โดยใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน

2.8 เมื่อนําอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่ไดจากการสังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล โดยใช Titanium (IV) isopropoxide เปนสารต้ังตนและเพิ่มปริมาณ ZnFe2O4 ใหมีอัตราสวนโดยโมลของ ZnFe2O4:TiO2 เปน 1:1, 2:1 และ3:1 ไปวิเคราะหหาโครงสรางผลึกโดยเทคนิค XRD พบวามีเพียงพีคของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 อัตราสวน 1:1 เทาน้ัน ที่พบพีคของ TiO2 แสดงใหเห็นวาอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหได มีเฟสเปนอะนาเทส สําหรับอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 อัตราสวน 2:1 และ 3:1 อาจมีปริมาณ TiO2 อยูนอยมากเมื่อเทียบกับปริมาณของ ZnFe2O4 จึงสังเกตเห็นไดเล็กนอย และพีคของอนุภาคZnFe2O4 ที่ปรากฏข้ึนแสดงใหเห็นวาอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหได มีโครงสรางเปน cubic spinel ดังแสดงในรูป 4.12

2-thetha (deg.)



37

รูปที่ 4.12 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล โดยเพิ่มปริมาณของ ZnFe2O4 ใหมีอัตราสวนเปน 1:1, 2:1 และ 3:1

2.9 เมื่อนําอนุภาค ZnFe2O4 hydrothermal-TiO2 อัตราสวน 1:6 ที่ไดจากการสังเคราะห

ดวยกระบวนการโซลเจล โดยใชสารต้ังตนเปน Titanium (IV) isopropoxide ไปวิเคราะหหาโครงสรางผลึกโดยเทคนิค XRD พบวา มีพีคแสดงใหเห็นวาอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหได มีเฟสเปนอะนาเทส และพบพีคของอนุภาค ZnFe2O4 ที่แสดงใหเห็นวาอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหได มีโครงสรางเปน cubic spinel ดังแสดงในรูป 4.13

รูปที่ 4.13 แสดง X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4 hydrothermal-TiO2 อัตราสวน 1:6 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล

2-thetha (deg.)

2-thetha (deg.)



38

และจากรูปที่ 4.1-4.13 เมื่อพิจารณาความกวางที่ความสูงครึ่งหน่ึงของพีคหลักของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 สามารถคํานวณขนาดของผลึกไดจากสมการ Scherrer ดังน้ี

โดยที่ L คือ ขนาดของผลึก K คือ คาคงที่ (0.94) λ คือ ความยาวคลื่นของ X-rays (Cu Kα = 0.15406 nm)

hkl คือ ความกวางที่ครึ่งหน่ึงของความสูงพีคหลัก

(full width at half-maximum, FWHM) คือ มุมตกกระทบของ X-rays กับระนาบ

พบวาคาขนาดของผลึกสามารถคํานวณไดดังแสดงในตารางที่ 4.5-4.7

ตารางที่ 4.5 แสดงคาขนาดผลึกของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหได

ตัวเรงปฏิกิริยา สภาวะที่ศึกษา Crystallite size

(nm)

ZnFe2O4

ศึกษาอุณหภูมิที่ใชในการเผา

400ºC, 5h 10.45 600ºC, 5h 16.09 800ºC, 5h 43.21

ศึกษาคา pH ที่ใชในการสังเคราะห

pH 5 36.04 pH 8 43.21 pH 12 43.92

ศึกษาความเขมขนของสารลดแรงตึงผิว (SDS)

4.1 mM 40.65 8.2 mM 41.06 16.4 mM 39.68

ศึกษาชนิดของตัวตกตะกอน

NH4OH 48.63 Na2CO3 43.89 NaOH 40.65

Zn(NO3)2.6H2O และ Fe(NO3)3.9H2O

(cal.600ºC,4h) 26.624

ZnSO4.7H2O และ FeSO4.7H2O

(cal.800ºC,5h) 30.44

coshkl

kL



39

ตารางที่ 4.5 แสดงคาขนาดผลึกของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหได (ตอ)


(nm)

ZnFe2O4 ศึกษากระบวนการ

สังเคราะห กระบวนการไฮโดร

เทอรมอล 10.32

ตารางที่ 4.6 แสดงคาขนาดผลึกของอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหได


(nm)

TiO2 ศึกษากระบวนการ

สังเคราะห


8.19

กระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส

7.23

ตารางที่ 4.7 แสดงคาขนาดผลึกของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหได

ตัวเรงปฏิกิริยา

สภาวะที่ศึกษา Crystallite size of TiO2 (nm)

Crystallite size of ZnFe2O4 (nm)

ZnFe2O4-TiO2

สังเคราะหโดยกระบวนการไฮโดรเทอร

มอล

ZnFe2O4-TiO2 (1:1) 5.76 25.89 ZnFe2O4-TiO2 (1:3) 8.29 26.75

ZnFe2O4-TiO2 (1:6) 8.59 25.56

สังเคราะหโดยกระบวนการ

โซลเจล

ZnFe2O4-TiO2 (1:1) 1.39 6.48 ZnFe2O4-TiO2 (1:3) 3.43 28.92 ZnFe2O4-TiO2 (1:6) 3.26 28.06 ZnFe2O4-TiO2 (2:1) - 26.45 ZnFe2O4-TiO2 (3:1) - 26.61 ZnFe2O4-TiO2 (1:6)

ไมเผา 2.24 26.04

ZnFe2O4-TiO2 (1:6) เผาที่อุณหภูมิ 250ºC,3h

3.03 29.20

ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ใช ZnFe2O4

hydrothermal 4.47 11.93



40

ตารางที่ 4.7 แสดงคาขนาดผลึกของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหได (ตอ)


สภาวะที่ศึกษา Crystallite size of TiO2

(nm)

Crystallite size of ZnFe2O4

(nm)

ZnFe2O4-TiO2

สังเคราะหโดยกระบวนการ

โซลเจล-ไดอะไลซิส

ZnFe2O4-TiO2 (1:1) 1.35 29.15 ZnFe2O4-TiO2 (1:3) 3.87 24.89

ZnFe2O4-TiO2 (1:6) 4.44 25.96



41

3. การศึกษาหมูฟงกชันเคมีที่สําคัญของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ดวยเทคนิค Fourier Transform Infrared Spectrometry (FT-IR) 3.1 การวิเคราะหหมูฟงกชันบนพื้นผิวของอนุภาค ZnFe2O4 ดวยเทคนิค FT-IR ในชวง 4000-400 cm-1 โดย FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่ทําการศึกษาในสภาวะตางๆ มี FT-IR spectrum ที่เหมือนกัน คือปรากฏพีคที่ 451.85- 430.99 cm-1 ซึ่งเปนพีคของ Fe-O stretching และพบพีคที่ 566.95-550.61 cm-1 ซึ่งเปนพีคของ Fe-O และ Zn-O นอกจากน้ียังพบพีคของ O-H stretching ของนํ้าที่อยูบนพื้นผิวของอนุภาค ZnFe2O4 ที่ 3500-3200 cm-1 และ 1620 cm-1 ดังแสดงในรูปที่ 4.14-4.19 ขอมูลที่เกี่ยวกับตําแหนงความถ่ีและชนิดของการสั่น สามารถสรุปไดดังแสดงในตารางที่ 4.8

รูปที่ 4.14 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4 สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมที่ใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน

รูปที่ 4.15 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4 สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยสังเคราะหที่ pH ตางกัน



42

รูปที่ 4.16 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4 สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยมีเติมความเขมขนสารลดแรงตึงผิว (SDS) ตางกัน

รูปที่ 4.17 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4 สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชชนิดของตัวตกตะกอนตางกัน



43

รูปที่ 4.18 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4 สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชชนิดของสารต้ังตนตางกัน

รูปที่ 4.19 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมและไฮโดรเทอรมอล



44

ตารางที่ 4.8 แสดงหมูฟงกชันของ FT-IR spectrum ของ ZnFe2O4


Wavenumber (cm-1)

Vibration modes Functional

groups/molecule reference

ZnFe2O4

451.85- 430.99 Fe (Tetrahedral site)-O stretching

Fe2O3 Masoud Salavati-Niasari,

et al., 2009 566.95-550.61

Fe (Octahedral site)-O stretching

Fe2O3

Zn-O stretching ZnO V.parthasarathi,

et al., 2009 1620 O-H bending OH J.P. cheng, et

al., 2012 3500-3200 O-H stretching H2O

3.2 การวิเคราะหหมูฟงกชันบนพื้นผิวของอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอลและโซลเจล-ไดอะไลซิส ดวยเทคนิค FT-IR ในชวง 4000-400 cm-1 โดย FT-IR spectrum ของอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหไดทั้ง 2 กระบวนการ มี FT-IR spectrum ที่เหมือนกัน คือ ปรากฏพีคที่ 900-400 cm-1 ซึ่งเปนพีคของ Ti-O stretching และพบพีคที่ 3500-3400 cm-1 ซึ่งเปนพีคของ O-H stretching แสดงการมีอยูของนํ้าและหมูฟงกชัน Ti-OH ที่อยูบนพื้นผิวของอนุภาค TiO2 และพบพีคที่ 1640 cm-1 ซึ่งเปนพีคของ O-H bending ดังแสดงในรูปที่ 4.20 ขอมูลที่เกี่ยวกับตําแหนงความถ่ีและชนิดของการสั่น สามารถสรุปไดดังแสดงในตารางที่ 4.9

รูปที่ 4.20 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค TiO2 สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล

และกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส



45

ตารางที่ 4.9 แสดงหมูฟงกชันของ FT-IR spectrum ของอนุภาค TiO2


Wavenumber (cm-1)



TiO2 900-400 Ti-O stretching Fe2O3 J.P. cheng, et

al., 2012 1640 O-H bending OH

3500-3400 O-H stretching Ti-OH และH2O

3.3 การวิเคราะหหมูฟงกชันบนพื้นผิวของอนุภาคZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหโดยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล กระบวนการโซลเจล และกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส ดวยเทคนิค FT-IR ในชวง 4000-400 cm-1 โดย FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ซึ่ง FT-IR spectrum ที่ปรากฏแสดงใหเห็นวา มีการอยูรวมกันระหวาง ZnFe2O4 และTiO2 ที่ไดกลาวขางตน ดังแสดงในรูปที่ 4.21-4.23 ขอมูลที่เกี่ยวกับตําแหนงความถ่ีและชนิดของการสั่น สามารถสรุปไดดังแสดงในตารางที่ 4.8 และ 4.9

รูปที่ 4.21 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดร-

เทอรมอล



46

รูปที่ 4.22 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล

รูปที่ 4.23 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล-

ไดอะไลซิส

3.4 การวิเคราะหหมูฟงกชันบนพื้นผิวของผงสียอมเมทิลีนบลู โดยนํามาทําการวิเคราะหดวยเทคนิค FT-IR ในชวง 4000-400 cm-1 ปรากฏพีคข้ึนที่ 860 cm-1 ซึ่งเปนพีคของ C-H bending ของ benzenes และพบพีคปรากฏที่ 1375 cm-1 ซึ่งเปนพีคของ C-H bending ของหมู methyl พีคที่ปรากฏที่ 1460 cm-1 เปนพีคของ C-H bending ของหมู methyl และ methylene พบพีคของ C=C stretching ของวง aromatics ที่ 1558 cm-1 พบพีคของ C-H stretching ของวง aromatics ที่ 3000 cm-1 และพบพีคปรากฏข้ึนที่ 3500 cm-1 ซึ่งเปนพีคของ N-H stretching ของหมู amines ดังแสดงในรูปที่ 4.24 ขอมูลที่เกี่ยวกับตําแหนงความถ่ีและชนิดของการสั่น สามารถสรุปไดดังแสดงในตารางที่ 4.10



47

รูปที่ 4.24 แสดง FT-IR spectrum ของผงสียอมเมทิลีนบลู

ตารางที่ 4.10 แสดงหมูฟงกชันของ FT-IR spectrum ของผงสียอมเมทิลีนบลู

Wavenumber (cm-1)



860 C-H bending benzenes

H. Fangmin, et al., 2010

1375 C-H bending methyl

1460 C-H bending methyl และ methylene

1558 C=C stretching วง aromatics 3000 C-H stretching วง aromatics 3500 N-H stretching amines

3.5 เมื่อทําการทดสอบประสิทธิภาพของตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสง โดยการใชสลายสียอม

เมทิลีนบลู ดวยการใชซ้ํา 3 ครั้ง หลังจากน้ันทําความสะอาดตัวเรงปฏิกิริยา โดยใชไฮโดรเจนเปอรออกไซด (H2O2) และนํามาวิเคราะหดวยเทคนิค FT-IR ในชวง 4000-400 cm-1 โดย FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล พบวาอนุภาคของ ZnFe2O4 และ ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่ถูกใชในการทดสอบประสิทธิภาพของตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงไปแลว ยังคงมีโมเลกุลของเมทิลีนบลู อยูบนพื้นผิวและหลังการทําความสะอาดดวยไฮโดรเจนเปอรออกไซดแลวยังคงมีโมเลกุลของสียอมเมทิลีนบลู อยูบนพื้นผิวอยางเห็นไดชัด แสดงในรูปที่ 4.25-4.26 ในขณะที่อนุภาคของ TiO2 ที่ถูกใชในการทดสอบประสิทธิภาพของตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงและหลังการทําความสะอาดดวยไฮโดรเจนเปอรออกไซดแลวยังคงมีโมเลกุลของสียอมเมทิลีนบลู อยูบนพื้นผิวเชนกันแตสังเกตไดวาพีคของโมเลกุลเมทิลีนบลู มีขนาดเล็ก ดังแสดงในรูปที่ 4.27



48

รูปที่ 4.25 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4 เปรียบเทียบกอนและหลังทําความสะอาดดวยไฮโดรเจนเปอรออกไซด

รูปที่ 4.26 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล เปรียบเทียบกอนและหลังทําความสะอาดดวยไฮโดรเจนเปอรออกไซด



49

รูปที่ 4.27 แสดง FT-IR spectrum ของอนุภาค TiO2 สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส เปรียบเทียบกอนและหลังทําความสะอาดดวยไฮโดรเจนเปอรออกไซด



50

4. การศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ชนิดตางๆ ดวยกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราด (Scanning Electron Microscope; SEM) 4.1 การศึกษาลักษณะสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน พบวา อนุภาคของ ZnFe2O4 ในแตละอุณหภูมิ มีลักษณะอนุภาคหลายรูปรางมีลักษณะเปนทรงกลม มีทั้งอนุภาคที่มีขนาดเล็กและใหญอยูรวมกัน เมื่อเพิม่อุณหภูมิที่ใชเผาพบวา อนุภาคเกาะกลุมกันมากข้ึน ทําใหขนาดใหญข้ึนอยางเห็นไดชัดเจน เน่ืองจากการเพิ่มอุณหภูมิในการเผาจะทําใหอนุภาค ZnFe2O4 ที่มีขนาดเล็กๆ เคลื่อนตัวมารวมกันจนกลายเปนอนุภาคขนาดใหญ (sintering) ซึ่งสามารถยืนยันผลไดจากการวิเคราะหดวยเทคนิค XRD ดังแสดงในรูปที่ 4.28

รูปที่ 4.28 ภาพถายจากกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราด (SEM) ที่กําลังขยาย 5000 เทา แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 ที่ใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน (a) 400ºC, 5h (b) 600ºC, 5h และ (c) 800ºC, 5h

(a (b

(c



51

4.2 การ ศึกษาลักษณะสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 ที่ สั ง เคราะหด วยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใช pH ตางกัน พบวา อนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหไดมีลักษณะรูปรางที่ไมแนนอน และเมื่อพิจารณาที่ pH 5 พบวาลักษณะของอนุภาคมีขนาดเล็กกวาสภาวะที่สังเคราะหที่ pH 8 และในการสังเคราะหอนุภาคที่ pH 5 จะไดอนุภาค ZnFe2O4 ปริมาณนอยมาก เน่ืองจากคา pH ของสารละลายไมเทากับคา PZC ของ ZnFe2O4 จึงทําใหไดตะกอน ZnFe2O4 นอยและไมสมบูรณ สามารถยืนยันไดจากเทคนิค XRD ที่พบเฟสของ Fe2O3 ซึ่งไมใชเฟสของ ZnFe2O4 ที่ตองการ และเมื่อเพิ่มปริมาณสารที่ใชในการตกตะกอน (NH4OH) มากข้ึนทําใหสารละลายมีคา pH ใกลเคียงกับคา PZC ของ ZnFe2O4 (คา pH อยูในชวง 7-8) จะเกิดตะกอนของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สมบูรณ และเมื่อเพิ่มปริมาณสารที่ใชในการตกตะกอนมากข้ึนอีกจนสารละลายสูงกวา pH 10 จะทําใหซิงคไฮดรอกไซด (Zn(OH)2) บางสวนละลายไปทําใหการตกตะกอนเกิดไมสมบูรณ ดังแสดงในรูปที่ 4.29

รูปที่ 4.29 ภาพถายจากกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราด (SEM) ที่กําลังขยาย 5000 เทา แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 ที่ใช pH ในการสังเคราะหตางกนั (a) pH 5 (b) pH 8 และ (c) pH 12

(a (b

(c



52

4.3 การศึกษาลักษณะสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 ที ่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนโดยเติมความเขมขนของสารลดแรงตึงผิวตางกัน พบวา ลักษณะของอนุภาคมีรูปรางคลายทรงกลม มีอนุภาคขนาดเล็กๆ รวมอยูกันเปนกลุม เมื่อเติมสารลดเรงตึงผิว (SDS) อนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหไดมีการกระจายตัวมากข้ึน ซึ่งสามารถเห็นไดอยางชัดเจนในการวิเคราะหดวยเทคนิค TEM และเมื่อเพิ่มความเขมขนของสารลดแรงตึงผิวจะทําใหไดอนุภาคขนาดเล็กลง ดังแสดงในรูปที่ 4.30 ซึ่งสามารถยืนยันไดโดยการวิเคราะหดวยเทคนิค XRD แสดงใหเห็นวาสารลดแรงตึงผิวมีผลตอการฟอรมตัวเปนอนุภาคของ ZnFe2O4 เน่ืองจาก Sodium dodecyl sulfate ที่ทําหนาที่เปนสารลดแรงตึงผิวมีโครงสราง 2 สวน คือ สวนหัวที่ละลายนํ้า และสวนหางที่เปนสารไฮโดรคารบอนสายยาวละลายในตัวทําละลายที่ไมใชนํ้า จะไปเกาะอยูบนพื้นผิวของอนุภาค ZnFe2O4 สรางความเกะกะ (steric stabilization) ในการฟอรมตัวของอนุภาค ZnFe2O4

รูปที่ 4.30 ภาพถายจากกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราด (FESEM) ที่กําลังขยาย 50,000 เทา แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 ที่ใชความเขมขนของสารลดแรงตึงผิวในการสังเคราะหตางกัน (a) ไมเติม SDS (b) 4.1 mM (c) 8.2 mM และ (d) 16.4 mM



53

4.4 การศึกษาลักษณะสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 ที่ส ังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชชนิดตัวตกตะกอนตางกัน พบวา อนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหไดมีขนาดตางกัน โดยอนุภาคที่สังเคราะหโดยใชตัวตกตะกอนเปน NaOH มีขนาดเล็กที่สุด และเมื่อเปลี่ยนตัวตกตะกอนเปน Na2CO3 และNH4OH ขนาดอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหไดจะเพิ่มข้ึนตามลําดับ ดังแสดงในรูปที่ 4.31 ซึ่งสามารถยืนยันไดดวยขอมูลที่วิเคราะหไดจากเทคนิค XRD เน่ืองจากตัวตกตะกอนทําหนาที่เปน reduction reagents ซึ่งสารที่แรงกวา (strong reduction reagent) จะสงเสริมใหอัตราในการเกิดปฏิกิริยาเร็วและทําใหไดอนุภาคที่มีขนาดเล็ก ในขณะที่สารที่มีความแรงออนกวา (weak reduction reagent) จะทําใหอัตราในการเกิดปฏิกิริยาชา อนุภาคจะคอยๆ โตข้ึน ซึ่งจะทําใหไดอนุภาคที่มีขนาดใหญและมีขนาดคอนขางหลากหลาย

รูปที่ 4.31 ภาพถายจากกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราด (FESEM) ที่กําลังขยาย 30,000 เทา แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 ที่ใชตัวตกตะกอนในการสังเคราะหตางกัน (a) NH4OH (b) NaOH และ (c) Na2CO3



54

4.5 การศึกษาลักษณะสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 ที่ส ังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล โดยใชสภาวะในการสังเคราะหเดียวกันกับกระบวนการตกตะกอนรวมพบวา อนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหไดมีหลายขนาดอยูรวมกัน โดยเมื่อเทียบกับอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมจะเห็นวา อนุภาคที่สังเคราะหดวยวิธีไฮโดรเทอรมอลมีการกระจายตัวมากกวา ดังแสดงในรูปที่ 4.32

รูปที่ 4.32 ภาพถายจากกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราด (SEM) ที่กําลังขยาย 5000 เทา แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 ที่ใชสังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล

4.6 การศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการ

ไฮโดรเทอรมอล พบวา อนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหไดมีลักษณะเกาะกลุมกันเปนกอน มีรูปรางไมแนนอนและมีขนาดคอนขางหลากหลาย ดังแสดงในรูปที่ 4.33

รูปที่ 4.33 ภาพถายจากกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองกราด (FESEM) ที่กําลังขยาย 30,000 เทา แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหโดยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล



55

5. การศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ดวยกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบสองผาน (Transmission Electron Microscope; TEM)

5.1การศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยเติมความเขมขนของสารลดแรงตึงผิวตางกัน พบวาอนุภาค ZnFe2O4 ที่เติมสารลดแรงตึงผิว 16.4 mM มีขนาดเล็กและกระจายตัวมากกวาอนุภาค ZnFe2O4 ที่ไมไดเติมสารลดแรงตึงผิว ดังแสดงในรูปที่ 4.34

รูปที่ 4.34 ภาพถายจากกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบแบบสองผาน (TEM) แสดงลักษณะทาง

สัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 สังเคราะหที่ pH 8 เผาที่อุณหภูมิ 800ºC, 5 h (a) ไมเติม SDS และ (b) เติม SDS 16.4 mM

5.2การศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมที่ใชอุณหภูมิในการเผาที่ 600ºC เปนเวลา 4 ช่ัวโมง พบวาอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหไดมีรูปรางคลายทรงกลมและมีหลายขนาดและเกาะตัวกันเปนกลุมกอน ดังแสดงในรูปที่ 4.35

รูปที่ 4.35 ภาพถายจากกลองจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบแบบสองผาน (TEM) แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชอุณหภูมิในการเผาที่ 600ºC, 4h (a) กําลังขยาย 50000 เทา และ (b) กําลังขยาย 200000 เทา



56

5.3 การศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล พบวา มีการอยูรวมกันของอนุภาค ZnFe2O4 และ TiO2 ซึ่งอนุภาคคอนขางรวมตัวกันเปนกลุมกอนและมีลักษณะรูปรางคลายทรงกลมผสมกับสี่เหลี่ยม ดังแสดงในรูปที่ 4.36

รูปที่ 4.36 ภาพถายจากจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบแบบสองผาน (TEM) ที่กําลังขยาย 200000 เทา แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะหโดยกระบวนการ ไฮโดรเทอรมอล (a) อัตราสวน 1:1 (b) อัตราสวน 1:3 และ (c) อัตราสวน 1:6

5.4 การศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะห

ดวยกระบวนการโซลเจล พบวา มีการอยูรวมกันของอนุภาค ZnFe2O4 และ TiO2 ซึ่งอนุภาคคอนขางรวมตัวกันเปนกลุมกอนและมีลักษณะรูปรางคลายทรงกลมและมีอนุภาคของ TiO2 ขนาดเล็กๆอยูรอบๆ ดังแสดงในรูปที่ 4.37

รูปที่ 4.37 ภาพถายจากจุลทรรศนอิเล็กตรอนแบบแบบสองผาน (TEM) แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะหโดยกระบวนการโซลเจล (a) กําลังขยาย 50000 เทา และ (b) กําลังขยาย 200000 เทา

(a (b



57

6. การศึกษาคาพลังงาน band gap ของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ดวยเทคนิค Diffused Reflectance UV-Vis Spectroscopy (UV/DRS)

6.1 การศึกษาคาพลังงานแถบพลังงาน (Band gap) ของอนุภาค ZnFe2O4 สั ง เ คร า ะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม ที่ทําการศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ในลักษณะที่เปนผงดวย Diffused Reflectance UV-Vis Spectroscopy (UV/DRS) ดังแสดงในรูปที่ 4.38-4.45 สามารถสรุปคาพลังงาน Band gap ไดดังแสดงในตารางที่ 4.11

รูปที่ 4.38 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap transition spectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน

(a (b)



58

onsetonsetg

hchvE1240

จาก DRS spectra สามารถคํานวณคาพลังงาน band gap ไดจากสมการ Planck โดย

ทําการลากเสนตัดกราฟ absorption edge ของสารแตละตัวจะไดความยาวคลื่นที่ดูดกลืน (onset) ดังแสดงในรูปที่ 4.38 (a) ซึ่งสามารถสรุปคาพลังงานไดดังแสดงในตารางที่ 4.11-4.13 และนําคาไปคํานวณดวยสมการ Planck ดังน้ี

รูปที่ 4.39 แสดงตัวอยางการหา onset ของ UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra ของ

อนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชอุณหภูมิในการเผาตางกนั

โดยที่ Eg คือ คาพลังงาน band gap (eV)

h คือ คาคงที่ของแพลงค (6.67 10-34 J.s)

C คือ ความเร็วของแสง (3 108 m.s-1)

onset คือ ความยาวคลื่นที่ดูดกลืน

ซึ่งการหาคาพลังงาน Band gap ของอนุภาคที่สังเคราะหไดดวยการคํานวณโดยสมการของ Planck จะศึกษาควบคูกับศึกษาการ transition ของอิเล็กตรอนที่ valence band ไปยัง conduction band ของตัวเรงปฏิกิริยาชนิดตางๆ ดวยการ plot Indirect band-gap transition spectra เพื่อดูความสอดคลองการหาคาพลังงาน Band gap ของอนุภาคที่สังเคราะหได ดังแสดงตัวอยางการหาคาพลังงาน Band gap ในรูปที่ 4.38 (b) ซึ่งสามารถสรุปคาพลังงานไดดังแสดงในตารางที่ 4.10-4.12



59

รูปที่ 4.40 แสดงตัวอยางหาคาพลังงาน Band gap โดยการ plot กราฟ Indirect band-gap transitionspectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมและเผาที่อุณหภูมิ 800ºC เปนเวลา 5 ช่ัวโมง

รูปที่ 4.41 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap transition

spectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยโดยสังเคราะหที่ pH ตางกัน

E phot (eV) 2.00

(a)

(b)



60


spectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยมีเติมความเขมขนสารลดแรงตึงผิว (SDS) ตางกัน


spectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชชนิดของตัวตกตะกอนตางกัน

(a) (b)

(a) (b



61


spectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชชนิดของสารต้ังตนตางกัน


spectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม และกระบวนการไฮโดรเทอรมอล

(a) (b)

(a (b



62

ตารางที่ 4.11 แสดงคาความยาวคลื่นที่วัดไดและคาพลังงาน Band gap ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหไดในสภาวะตางๆ


สภาวะที่ศึกษา onset (nm)

Band gap energy (eV)

DRS spectra

Indirect transiti

on spectra

ZnFe2O4

ศึกษาอุณหภูมิที่ใชในการเผา

400ºC, 5h 655 1.89 2.00 600ºC, 5h 652 1.90 2.00 800ºC, 5h 660 1.88 2.00

ศึกษาคา pH ที่ใชในการสังเคราะห

pH 5 745 1.66 1.70 pH 8 660 1.88 1.92 pH 12 655 1.89 2.00

ศึกษาความเขมขนของสารลดแรงตึงผิว

(SDS)

4.1 mM 655 1.89 2.00 8.2 mM 660 1.88 2.00

16.4 mM 660 1.88 2.00


NH4OH 650 2.00 2.00 Na2CO3 660 1.90 2.00

ZnFe2O4


NaOH 660 1.90 2.00

ศึกษาชนิดของสารต้ังตน

Zn(NO3)2.6H2O และFe(NO3)3.9H2O

(cal.800ºC,5h) 660 1.88 2.00

Zn(NO3)2.6H2O และFe(NO3)3.9H2O

(cal.600ºC,4h) 660 1.88 2.00


(cal.800ºC,5h) 650 2.00 2.20

ศึกษากระบวนการสังเคราะห


650 2.00 2.00



63

จากการศึกษาหาคาพลังงาน Band gap ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหในสภาวะตางๆ พบวาอนุภาค ZnFe2O4 มีคาพลังงาน Band gap ประมาณ 1.88-2.20 eV ซึ่งสามารถดูดกลืนแสงในชวงวิซิเบิลได และเมื่อทําการเปรียบเทียบคาพลังงาน Band gap จาก DRS spectra ที่คํานวณดวยสมการของ Plank พบวา สอดคลองกับการศึกษาการ transition ของอิเล็กตรอนที่ valence band ไปยัง conduction band ของตัวเรงปฏิกิริยาชนิดตางๆ ดวย Indirect band-gap transition spectra

6.2 การศึกษาคาพลังงาน Band gap ของอนุภาค TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล กระบวนการโซลเจล และกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส ที่ทําการศึกษาการเพิ่มปริมาณของ TiO2 และ ZnFe2O4 ในลักษณะที่เปนผงตัวอยางที่สังเคราะหไดดวย Diffused Reflectance UV-Vis Spectroscopy (UV/DRS) ดังแสดงในรูปที่ 4.46-4.51พลังงาน Band gap ของอนุภาค TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 สามารถสรุปคาพลังงาน Band gap ไดดังแสดงในตารางที่ 4.11-4.13

รูปที่ 4.46 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap transition spectra ของอนุภาค TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล

(a (b



64

รูปที่ 4.47 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap transition spectra ของอนุภาค TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการดวยกระบวนการโซลเจล

รูปที่ 4.48 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap transition spectra ของอนุภาค TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซสิ

(a (b)

(a)

(b



65

รูปที่ 4.49 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap transition spectra ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการดวยกระบวนการโซลเจล โดยใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน

รูปที่ 4.50 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap transition spectra ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการดวยกระบวนการโซลเจล โดยเพิ่มปริมาณของอนุภาค ZnFe2O4

(a)

(b

(a (b



66

รูปที่ 4.51 แสดง (a) UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra (b) Indirectband-gap

transition spectra ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 อัตราสวน 1:6 สังเคราะหดวยกระบวนการดวยกระบวนการโซลเจล โดยใชอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหข้ึนดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล

ตารางที่ 4.12 แสดงคาความยาวคลื่นที่วัดไดและคาพลังงาน Band gap ของอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะห

ดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอลและกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส




DRS spectra

Indirect transition spectra

TiO2 ศึกษา

กระบวนการสังเคราะห


390 3.18 3.20

กระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส

390 3.18 3.20

(a)

(b



67

ตารางที่ 4.13 แสดงคาความยาวคลื่นที่วัดไดและคาพลังงาน Band gap ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล กระบวนการโซลเจลและกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส




DRS spectra

Indirect transition spectra

ZnFe2O4-TiO2

สังเคราะหโดย

กระบวนการไฮโดรเทอร

มอล

ZnFe2O4-TiO2 (1:1) 745 1.66 2.30 ZnFe2O4-TiO2 (1:3) 650 1.90 2.30

ZnFe2O4-TiO2 (1:6) 640 1.94 2.50


กระบวนการโซลเจล

ZnFe2O4-TiO2 (1:1) 645 1.92 2.20 ZnFe2O4-TiO2 (1:3) 645 1.92 2.20 ZnFe2O4-TiO2 (1:6) 650 1.90 3.00 ZnFe2O4-TiO2 (2:1) 660 1.88 2.20 ZnFe2O4-TiO2 (3:1) 660 1.88 2.20 ZnFe2O4-TiO2 (1:6)

ไมเผา 655 1.84 2.20

ZnFe2O4-TiO2 (1:6) เผาที่อุณหภูมิ 250ºC,3h

660 1.88 2.50

ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ใช ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการ

hydrothermal

650 1.90 2.10


กระบวนการโซลเจล-


ZnFe2O4-TiO2 (1:1) 670 1.85 2.40 ZnFe2O4-TiO2 (1:3) 650 1.90 2.40

ZnFe2O4-TiO2 (1:6) 650 1.90 2.40



68

จากการศึกษาหาคาพลังงาน Band gap ของอนุภาคที่สังเคราะหได ในสภาวะตางๆ พบวาอนุภาค TiO2 มีคาพลังงาน Band gap ประมาณ 3.18-3.2 eV ซึ่งสามารถดูดกลืนแสงในชวงยูวีได และเมื่อเติมอนุภาค ZnFe2O4 ซึ่งสามารถดูดกลืนแสงในชวงวิซิเบิลได จะทําใหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 มีพลังงาน Band gap ลดลงและสามารถดูดกลืนแสงในชวงวิซิเบิลได และเมื่อทําการเปรียบเทียบคาพลังงาน Band gap จาก DRS spectra ที่คํานวณดวยสมการของ Plank สอดคลองกับการศึกษาการ transition ของอิเล็กตรอนที่ valence band ไปยัง conduction band ของตัวเรงปฏิกิริยาชนิดตางๆ ดวย Indirect band-gap transition spectra



69

7. การศึกษาคุณสมบัติความเปนแมเหล็กของอนุภาค ZnFe2O4 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหไดดวยกระบวนการตางๆ ดวยเทคนิค Vibrating sample magnetometry (VSM)

การศึกษาคุณสมบัติความเปนแมเหล็กของอนุภาคที่สังเคราะหไดดวยกระบวนการตางๆ ไดแก อนุภาค ZnFe2O4 และอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ในลักษณะที่เปนผงดวยเทคนิค Vibrating sample magnetometry (VSM) พบวา เมื่อเพิ่มอุณหภูมิในการเผาอนุภาค ZnFe2O4 จะทําใหความเปนแมเหล็กลดลง ดังแสดงในรูปที่ 4.52 และหลังจากเคลือบช้ันนอกสุดดวยอนุภาค TiO2 ดวยกระบวนการโซลเจล พบวาอนุภาค TiO2 บดบังคาความเปนแมเหล็กของอนุภาค ZnFe2O4 และเมื่อเพิ่มปริมาณ TiO2 จะทําใหคา Magnetization ลดลงตามลําดับ ดังแสดงในรูปที่ 4.53-4.54 และพบวาอนุภาค ZnFe2O4 และ ZnFe2O4-TiO2 สามารถแยกไดดวยแทงแมเหล็กภายนอก ดังแสดงในรูปที่ 4.52 ซึ่งสามารถสรุปคา Magnetization ไดตามตารางที่ 4.14

รูปที่ 4.52 แสดง Magnetization curve ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอน

รวมและกระบวนการไฮโดรเทอรมอล



70

รูปที่ 4.53 แสดง Magnetization curve ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอน

รวมและอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล

รูปที่ 4.54 แสดง Magnetization curve ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดร

เทอรมอลและอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล



71

รูปที่ 4.55 แสดงการใชแทงแมเหล็กภายนอกแยกอนุภาคที่สังเคราะหไดออกจากสารละลาย (a) อนุภาค ZnFe2O4 ที่เผาที่อุณหภูมิ 800ºC, 5h (b) อนุภาค ZnFe2O4 ที่เผาที่อุณหภูมิ 600ºC, 4h (c) อนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล (d) อนุภาค ZnFe2O4-TiO2 (1:6) และ (e) อนุภาค ZnFe2O4 (hydrothermal)-TiO2 (1:6)

ตารางที่ 4.14 แสดงคา Magnetization ของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะห

ดวยกระบวนการตางๆ

ตัวเรงปฏิกิริยา สภาวะที่ศึกษา Manetization

(emu/g)

ZnFe2O4

สังเคราะหดวยกระบวนการ

ตกตะกอนรวม

600ºC, 4h 13.901

800ºC, 5h 0.97299

สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล 4.9644

ZnFe2O4-TiO2

อัตราสวน 1:1 9.2928 อัตราสวน 1:3 3.8704 อัตราสวน 1:6 5.7935

อัตราสวน 1:6 โดยใชอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล

1.1348

(a) (b

(e)

(c) (d



72

8. การศึกษาเลขออกซิเดชันของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ดวยเทคนิคเอ็กซเรยโฟโตอิเล็กตรอน สเปกโตรสโคป (X-ray photo electron spectroscopy; XPS) 8.1 การศึกษาหาธาตุที่เปนองคประกอบของอนุภาค ZnFe2O4 ดวยเทคนิค XPS พบวาอนุภาค ZnFe2O4 มี ธาตุ Zn, Fe และ O เปนองคประกอบ spectrum โดย Zn 2p มีคา Binding Energy เกิดข้ึน 4 ตําแหนง ที่ 1046.2, 1044.7, 1023.2 และ1021.6 eV สําหรับ O 1s มีคา Binding Energy เกิดข้ึน 5 ตําแหนง ที่ 534.1, 533.2, 532.3, 531.6 และ 530.4 eV และ Fe 2p มีคา Binding Energy เกิดข้ึน 8 ตําแหนง โดยมีพีคหลักเกิดข้ึนที่ 712.9 และ711.6 eV ดังแสดงในรูปที่ 4.56

รูปที่ 4.56 แสดง XPS- spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4

8.2 การศึกษาหาธาตุที่เปนองคประกอบของอนุภาค TiO2 ดวยเทคนิค XPS พบวาอนุภาค TiO2 มี ธาตุ Ti และ O เปนองคประกอบ spectrum โดย Ti 2p มีคา Binding Energy เกิดข้ึน 2 ตําแหนง ที่ 464.5 และ 458.8 eV สําหรับ O 1s มีคา Binding Energy เกิดข้ึน 4 ตําแหนง ที่ 533.1, 532.2, 531.3 และ 530.0 eV ดังแสดงในรูปที่ 4.57

รูปที่ 4.57 แสดง XPS- spectrum ของอนุภาค TiO2



73

8.3 การศึกษาหาธาตุที่เปนองคประกอบของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ดวยเทคนิค XPS พบวาอนุภาค ZnFe2O4 มี ธาตุ Zn, Fe, Ti และ O เปนองคประกอบ spectrum โดย Zn 2p มีคา Binding Energy เกิดข้ึน 2 ตําแหนง ที่ 1044.9 และ 1021.8 eV สําหรับ O 1s มีคา Binding Energy เกิดข้ึน 5 ตําแหนง ที่ 534.1, 533.2, 532.2, 531.4 และ 530.2 eV และ Fe 2p มีคา Binding Energy เกิดข้ึน 8 ตําแหนง โดยมีพีคหลักเกิดข้ึนที่ 711.7 และ 710.7 eV ดังแสดงในรูปที่ 4.57-4.58

รูปที่ 4.58 แสดง XPS- spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 และเมื่อพิจารณาที่ Ti 2p O 1s Zn 2p และ Fe 2p ของอนุภาคTiO2 และ ZnFe2O4

มาเปรียบเทียบกับอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 พบวาตําแหนงของ Ti 2p O 1s Zn 2p และ Fe 2p เกิดการเปลี่ยนแปลงคา Binding Energy อาจเน่ืองมาจากอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 เกิดการสรางพันธะระหวาง ZnFe2O4-TiO2 ที่ตําแหนงของ Ti 2p O 1s Zn 2p และ Fe 2p ดังแสดงในรูปที่ 4.59

(a



74

รูปที่ 4.59 แสดง High-resolution ของอนุภาคที่สังเคราะหได (a) Ti 2p (b) O 1s (c) Zn 2p และ (d) Fe 2p

(c

(b

(d



75

9. การศึกษาลักษณะพื้นที่ผิวเฉลี่ย และการกระจายตัวของรูพรุน ของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ดวยเทคนิค Brunauer-Emmett-Teller (BET) 9.1 การศึกษาลักษณะพื้นที่ผิวเฉลี่ย และการกระจายตัวของรูพรุนของอนุภาค ZnFe2O4 โดยเมื่อเปรียบเทียบอนุภาค ZnFe2O4 แตละสภาวะที่ใชในการสังเคราะห พบวา อนุภาคทั้ง 3 ตัวอยางน้ีมี hysteresis loop จัดอยูใน isotherm type IV ดังแสดงในรูปที่ 4.60 และสําหรับอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมโดยใชอุณหภูมิในการเผาที่ 800ºC เปนเวลา 5 ช่ัวโมง และอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล มีลักษณะรูพรุนเปนแบบ mesoporous structure และ อนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมโดยใชอุณหภูมิในการเผาที่ 600ºC เปนเวลา 4 ช่ัวโมงมีลักษณะรูพรุนเปนแบบ macroporous structure ซึ่งสามารถสรุปคาพื้นที่ผิว ขนาดของรูพรุนเฉลี่ย และปริมาตรของรูพรุนทั้งหมดของอนุภาค ดังแสดงในตารางที ่4.15

ZnFe2O4 hydrothermal

ZnFe2O4 cal.600ºC, 4h


(a)



76

รูปที่ 4.60 แสดง (a) N2 adsorption-desorption isotherm (b) pore size distributions ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตาง ๆ

9.2 การศึกษาลักษณะพื้นที่ผิวเฉลี่ย และการกระจายตัวของรูพรุนของอนุภาค TiO2 โดยเมื่อเปรียบเทียบอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหกระบวนการไฮโดรเทอรมอลที่อุณหภูมิ 200ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง และอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส พบวา อนุภาคของ TiO2 มี hysteresis loop จัดอยูใน isotherm type IV ดังแสดงในรูปที่ 4.61 และมีลักษณะรูพรุนเปนแบบ mesoporous structure โดยอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส มีพื้นที่ผิวสูงกวา ซึ่งสามารถสรุปคาพื้นที่ผิว ขนาดของรูพรุนเฉลี่ย และปริมาตรของรูพรุนทั้งหมดของอนุภาค ดังแสดงในตารางที่ 4.15

TiO2 solgel TiO2 hydrothermal


ZnFe2O4 cal.800ºC, 5h ZnFe2O4

hydrothermal

(b)

(a)



77

รูปที่ 4.61 แสดง (a) N2 adsorption-desorption isotherm (b) pore size distributions ของอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิสและไฮโดรเทอรมอล

9.3 การศึกษาลักษณะพื้นที่ผิวเฉลี่ยและการกระจายตัวของรูพรุนของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะหกระบวนการตางๆ พบวา อนุภาคของ ZnFe2O4-TiO2 ทุกตัวอยาง มี hysteresis loop จัดอยูใน isotherm type IV ดังแสดงในรูปที่ 4.62 และมีลักษณะรูพรุนเปนแบบ mesoporous structure ซึ่งอนุภาคที่สังเคราะหไดมีพื้นที่ผิวสูงกวาอนุภาค ZnFe2O4 ที่ไมไดเคลือบ TiO2 ซึ่งสามารถสรุปคาพื้นที่ผิว ขนาดของรูพรุนเฉลี่ย และปริมาตรของรูพรุนทั้งหมดของอนุภาค ดังแสดงในตารางที่ 4.15

TiO2 solgel

TiO2 hydrothermal

ZnFe2O4-TiO2 1:6 solgel-dialysis ZnFe2O4-TiO2 1:6 solgel

ZnFe2O4-TiO2 1:6 hydrothermal ZnFe2O4hydrotermal-TiO2 1:6

(b)

(a)



78

รูปที่ 4.62 แสดง (a) N2 adsorption-desorption isotherm (b) pore size distributions ของอนุภาค

ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตางๆ

ตารางที่ 4.15 แสดงคาพื้นที่ผิว ขนาดของรพูรุนเฉลี่ย และปริมาตรของรูพรุนทั้งหมดของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2

ตัวเรงปฏิกิริยา Surface area

(m2.g-1) Average pore diameter (Å)

Total pore volume (cc.g-1)

ZnFe2O4 Temp.cal 800ºC,5h

8.346 18.274 0.018

ZnFe2O4 Temp.cal 600ºC,4h

12.932 139.219 0.065

ZnFe2O4 hydrothermal 77.261 44.257 0.171 TiO2 hydrothermal 151.175 17.740 0.247 TiO2 solgel-dialysis 187.188 31.150 0.247 ZnFe2O4 –TiO2 (1:6)

hydrothermal 124.371 17.921 0.170

ZnFe2O4 –TiO2 (1:6) solgel 113.474 26.806 0.179 ZnFe2O4 (hydrothermal)–TiO2

(1:6) solgel 192.517 31.018 0.289

ZnFe2O4 –TiO2 (1:6) solgel-dialysis

170.359 18.235 0.202

ZnFe2O4-TiO2 1:6 solgel

ZnFe2O4 hydrothermal-TiO21:6 ZnFe2O4-TiO2 1:6 hydrothermal

ZnFe2O4-TiO2 1:6 solgel-dialysis

(b)



79

10. การศึกษาประสิทธิภาพในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตางๆ ดวยเครื่องยูวี-วิสิเบิลสเปกโทรโฟโตมิเตอร (UV-visible Spectrophotometer) 10.1 ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 10.1.1 การศึกษาประสิทธิภาพในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน พบวา อนุภาค ZnFe2O4 ที่เผาที่อุณหภูมิ 800ºC เปนเวลา 5 ช่ัวโมง มีประสิทธิภาพในการสลายสียอมเมทิลีนบล ูไดดีที่สุด คือ 40.49% และเมื่อคิดรวมกับเปอรเซ็นตการดูดซับในที่มืด พบวา มีประสิทธิภาพในการสลายสียอมเมทิลีนบลู 67.09% ดังแสดงในรูปที่ 4.63 เน่ืองจากการเผาที่อุณหภูมิ 800ºC เปนเวลา 5 ช่ัวโมง อาจทําใหอนุภาค ZnFe2O4 มีหนาแนนของบริเวณ active site มากกวาอนุภาคที่เผาที่อุณหภูมิ 400ºC และ 600ºC สงผลใหมีบริเวณในการทําปฏิกิริยามากข้ึนการสลายสียอมเมทิลีนบลูจึงสูงข้ึน

รูปที่ 4.63 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลู ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยเผาที่อุณหภูมิตางกัน

ZnFe2O4-400ºC, 5h ZnFe2O4-600ºC, 5h ZnFe2O4-800ºC, 5h



80

10.1.2 การศึกษาประสิทธิภาพในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใช pH ในการสังเคราะหตางกัน พบวา อนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหที่ pH 8 มีประสิทธิภาพในการสลายสียอมเมทิลีนบลูไดดีที่สุด คือ 40.49% และเมื่อคิดรวมกับเปอรเซ็นตการดูดซับในที่มืด พบวาอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหที่ pH 5 มีประสิทธิภาพในการสลายสียอมเมทิลีนบลู ดีที่สุด 76.40% ดังแสดงในรูปที่ 4.64 เน่ืองจากอนุภาค ZnFe2O4ที่สังเคราะหที่ pH 5 และ pH 12 มีเฟสของ Fe2O3 ผสมอยูในขณะที่อนุภาคที่สังเคราะหที่ pH 8 เปน ZnFe2O4 ที่เปนเฟสที่ตองการทําใหประสิทธิภาพสูงสุด

รูปที่ 4.64 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลู ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยสังเคราะหที่ pH ตางกัน

10.1.3 ศึกษาประสิทธิภาพในการเปนตัวเร งปฏิก ิร ิยาดวยแสงของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยเติมสารลดแรงตึงผิวที่มีความเขมขนตางกัน พบวา อนุภาค ZnFe2O4 ที่เติมสารลดแรงตึงผิวที่มีความเขมขน 16.4 mM มีประสิทธิภาพในการสลายสียอมเมทิลีนบลู ไดดีที่สุด คือ 65.52% และเมื่อคิดรวมกับเปอรเซ็นตการดูดซับในที่มืด พบวาอนุภาค ZnFe2O4 ที่เติมสารลดแรงตึงผิวที่มีความเขมขน 8.2 mM มีประสิทธิภาพในการสลายสียอมเมทิลีนบลู ดีที่สุด 83.76% ดังแสดงในรูปที่ 4.65 เน่ืองจากการเติมสารลดแรงตึงผิวจะทําใหอนุภาคมีขนาดเล็กลงเมื่อเพิ่มความเขมขนของสารลดแรงตึงผิว อนุภาคที่เติม SDS 16.4 mM จึงมีพื้นที่ผิวในการสลายสียอมเมทิลีนบลู มากที่สุด

ZnFe2O4-pH5 ZnFe2O4-pH 8 ZnFe2O4-pH12



81

รูปที่ 4.65 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลูของอนุภาค ZnFe2O4

ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยเติมสารลดแรงตึงผิว (SDS) ที่มีความเขมขนตางกัน

10.1.4 ศึกษาประสิทธิภาพในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของอนุภาค ZnFe2O4

ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชสารตกตะกอนตางชนิดกัน พบวา อนุภาค ZnFe2O4 ที่ใช NH4OH มีประสิทธิภาพในการสลายสียอมเมทิลีนบลูไดดีที่สุด คือ 38.94% และเมื่อคิดรวมกับเปอรเซ็นตการดูดซับในที่มืด พบวา มีประสิทธิภาพในการสลายสียอมเมทิลีนบลู ไดใกลเคียงกัน ดีที่สุด 78% ดังแสดงในรูปที่ 4.66

รูปที่ 4.66 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลูของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชตัวตกตะกอนตางชนิดกัน

ZnFe2O4-NH4OH ZnFe2O4-NaOH ZnFe2O4-Na2CO3

non SDS SDS 16.4 mM

SDS 8.2 mM

SDS 4.1 mM ส

ำนกัหอสมุดกลาง

82

10.1.5 การศึกษาประสิทธิภาพในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชสารต้ังตนตางชนิดกัน พบวา อนุภาค ZnFe2O4 ที่ใช Zn(NO3)2.6H2O และ Fe(NO3)3.9H2O มีประสิทธิภาพในการสลายสียอมเมทิลีนบลูไดดีที่สุด คือ 38.94% และเมื่อคิดรวมกับเปอรเซ็นตการดูดซับในที่มืด พบวา มีประสิทธิภาพในการสลายสียอมเมทิลีนบลูดีที่สุด 78% ดังแสดงในรูปที่ 4.67

รูปที่ 4.67 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลูของอนุภาค ZnFe2O4

ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชสารต้ังตนตางชนิดกัน ดังน้ันจึงสามารถสรุปสภาวะที่เหมาะสมที่ใชในการสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวยกระบวนการตกตะกอนรวมไดดังแสดงในตารางที่ 4.16 ตารางที่ 4.16 แสดงสภาวะที่เหมาะสมที่ใชในการสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวยกระบวนการ

ตกตะกอนรวม

สภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวยกระบวนการตกตะกอนรวม อุณหภูมิที่ใชในการเผา 800ºC เผาเปนเวลา 5 ช่ัวโมง pH ที่ใชในการสังเคราะห pH 8 ความเขมขนของสารลดแรงตึงผิว 16.4 mM ชนิดของตัวตกตะกอน NH4OH ชนิดของสารต้ังตน Zn(NO3)2.6H2O และ Fe(NO3)3.9H2O

Zn(NO3)2.6H2O และ Fe(NO3)3.9H2O




83

เมื่อสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ตามสภาวะดังกลาว พบวาคุณสมบัติความเปน

แมเหล็กมีนอยมากจึงไดทําการเปลี่ยนอุณหภูมิที่ใชในการเผาเปน 600◦C เปนเวลา 4 ช่ัวโมง พรอมทั้งเพิ่มเวลาในการปนกวน

10.1.6 การศึกษาประสิทธิภาพในการเปนตัวเรงปฏิกิร ิยาดวยแสงของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอลที่อุณหภูมิ 200ºC เปนเวลา 10 ช่ัวโมง เทียบกับอนุภาคที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม ที่ใชในการเผาเปน 600ºC เปนเวลา 4 ช่ัวโมง พบวา อนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม มีประสิทธิภาพในการสลายสียอมเมทิลีนบลูไดดีที่สุด คือ 42.98% และเมื่อคิดรวมกับเปอรเซ็นตการดูดซับในที่มืด พบวา มีประสิทธิภาพในการสลายสียอมเมทิลีนบลูดีที่สุด 56.04% ดังแสดงในรูปที่ 4.68

รูปที่ 4.68 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลขูองอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมและไฮโดรเทอรมอล

10.2 ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการสังเคราะหอนุภาค TiO2

การศึกษาประสิทธิภาพในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอลที่อุณหภูมิ 200ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง เทียบกับอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส พบวา TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูไดดีที่สุด คือ 84.03% และเมื่อคิดรวมกับเปอรเซ็นตการดูดซับในที่มืด พบวา มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูดีที่สุด 92.05% ดังแสดงในรูปที่ 4.69

ZnFe2O4 precipitation Temp.cal 600ºC, 4h ZnFe2O4 hydrothermal



84

รูปที่ 4.69 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอม เมทิลีนบลูของอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอลและโซลเจล-ไดอะไลซิส

10.3 ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2

10.3.1 การศึกษาประสิทธิภาพในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอลที่อุณหภูมิ 200ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง โดยมีอัตราสวนโดยโมลไดแก 1:1, 1:3 และ 1:6 พบวาอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่มีอัตราสวน 1:6 มีประสิทธิภาพในการสลายสียอมเมทิลีนบลูไดดีที่สุด คือ 57.09% และเมื่อคิดรวมกับเปอรเซ็นตการดูดซับในที่มืด พบวา มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูดีที่สุด 86.53% ดังแสดงในรูปที่ 4.70 เมื่อเทียบกับอนุภาค ZnFe2O4 พบวาอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงกวาอนุภาค ZnFe2O4 แตมีประสิทธิภาพตํ่ากวาอนุภาค TiO2 เน่ืองจาก อนุภาค ZnFe2O4-TiO2 มีพื้นที่ผิวสูงกวา อนุภาค ZnFe2O4 และมีพื้นที่ผิวนอยกวา TiO2 สามารถยืนยันไดจากการวิเคราะหดวยเทคนิค BET

TiO2 hydrothermal TiO2 solgel-dialysis

(b)



85

รูปที่ 4.70 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลูของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล

10.3.2 การศึกษาประสิทธิภาพในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล โดยมีอัตราสวนโดยโมลไดแก 1:1, 1:3 และ 1:6 พบวาอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่มีอัตราสวน 1:6 มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูไดดีที่สุด คือ 46.79% และเมื่อคิดรวมกับเปอรเซ็นตการดูดซับในที่มืด พบวา มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูดีที่สุด 67.39% ดังแสดงในรูปที่ 4.71 เมื่อเทียบกับอนุภาค ZnFe2O4 พบวาอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่มีอัตราสวน 1:6 มีประสิทธิภาพสูงกวาอนุภาค ZnFe2O4 แตมีประสิทธิภาพตํ่ากวาอนุภาค TiO2 เน่ืองจาก อนุภาค ZnFe2O4-TiO2 มีพื้นที่ผิวสูงกวา อนุภาค ZnFe2O4 และมีพื้นที่ผิวนอยกวา TiO2 สามารถยืนยันไดจากการวิเคราะหดวยเทคนิค BET

ZnFe2O4

ZnFe2O4-TiO2 (1:6)

ZnFe2O4-TiO2 (1:3)

ZnFe2O4-TiO2 (1:1)

TiO2



86

รูปที่ 4.71 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลูของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซล

10.3.3 ศึกษาประสิทธิภาพในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส โดยมีอัตราสวนโดยโมลไดแก 1:1, 1:3 และ 1:6 พบวาอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่มีอัตราสวน 1:6 มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูไดดีที่สุด คือ 41.32% เมื่อเทียบกับอนุภาค ZnFe2O4 พบวาอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่มีอัตราสวน 1:6 มีประสิทธิภาพตํ่ากวาอนุภาค ZnFe2O4 และเมือ่คิดรวมกับเปอรเซ็นตการดูดซับในที่มืด พบวา มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูดีที่สุด 60.32% เมื่อเทียบกับอนุภาค ZnFe2O4 พบวาอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่มีอัตราสวน 1:6 มีประสิทธิภาพสูงกวาอนุภาค ZnFe2O4 แตมีประสิทธิภาพตํ่ากวาอนุภาค TiO2 ดังแสดงในรูปที่ 4.72

ZnFe2O4

TiO2

ZnFe2O4-TiO2 (1:6)

ZnFe2O4-TiO2 (1:3)

ZnFe2O4-TiO2 (1:1)

TiO2



87

รูปที่ 4.72 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลูของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส

เน่ืองจากเมื่อทําการสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 โดยใชกระบวนการไฮโดร

เทอรมอล พบวา อนุภาคที่สังเคราะหไดไมสามารถแยกออกไดดวยแทงแมเหล็กภายนอก จึงเลือกกระบวนการโซลเจลในการสังเคราะห โดยมีอัตราสวนระหวาง ZnFe2O4:TiO2 เปน 1:6 ตารางที่ 4.17 แสดงสภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค TiO2 ดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส

สภาวะที่เหมาะสมที่ใชสงัเคราะหอนุภาค TiO2 ดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส อุณหภูมิที่ใชในการสังเคราะห 85ºC เปนเวลา 15 ช่ัวโมง pH ที่ใชในการสังเคราะห pH 1 ปรับ pH ดวย conc. HNO3 ชนิดของตัวทําละลาย H2O ชนิดของสารต้ังตน Titanium(IV) isopropoxide อุณหภูมิที่ใชในการเผา 400ºC เปนเวลา 3 ช่ัวโมง

10.3.4 การศึกษาประสิทธิภาพในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล โดยใชอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล มีอัตราสวน 1:6 พบวาอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหไดมีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูไดดีที่สุด คือ 15.16% และเมื่อคิดรวมกับเปอรเซ็นตการดูดซับในที่มืด พบวา มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูดีที่สุด 39.76% เมื่อเทียบกับอนุภาค ZnFe2O4 และอนุภาค TiO2 พบวาอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่ มีอัตราสวน 1:6 มีประสิทธิภาพตํ่ากวา ดังแสดงในรูปที่ 4.73

ZnFe2O4

TiO2

ZnFe2O4-TiO2 (1:6) dialysis





88

รูปที่ 4.73 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลู ของอนุภาค ZnFe2O4

hydrothermal-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล

10.3.5 การศึกษาประสิทธิภาพในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล โดยมีอัตราสวนโดยโมลไดแก 1:1, 2:1แล ะ 3:1 พบวาอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่มีอัตราสวน 1:1 มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลู ไดดีที่สุด คือ 41.44 % และเมื่อคิดรวมกับเปอรเซ็นตการดูดซับในที่มืด พบวา มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูดีที่สุด 55.55% ดังแสดงในรูปที่ 4.74 เน่ืองจากมีปริมาณอนุภาค ZnFe2O4 เพิ่มข้ึนในขณะที่ปริมาณของ TiO2 ลดลง จึงทําใหประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูตํ่าลง

รูปที่ 4.74 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลูของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล โดยเพิ่มปริมาณ ZnFe2O4


TiO2

ZnFe2O4 hydrothermal-TiO2

ZnFe2O4-TiO2 (3:1)

ZnFe2O4-TiO2 (2:1)

ZnFe2O4-TiO2 (1:1)



89

10.3.6 การศึกษาประสิทธิภาพในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจลอัตราสวน1:6 โดยศึกษาอุณหภูมิที่ใชในการเผาตางกัน พบวาอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่ใชอุณหภูมิในการเผา 400ºC เ ป น เ ว ล า 3 ช่ั ว โ ม ง มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูไดดีที่สุด คือ 46.79% และเมื่อคิดรวมกับเปอรเซ็นตการดูดซับในที่มืด พบวา มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูดีที่สุด 67.39% ดังแสดงในรูปที่ 4.75

รูปที่ 4.75 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอม เมทิลีนบลูของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล โดยใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน

ZnFe2O4-TiO2 (1:6) non calcine ZnFe2O4-TiO2 (1:6) Temp.cal250ºC,3h

ZnFe2O4-TiO2 (1:6) Temp.cal400ºC,3h



90

10.4 ศึกษาปจจัยตางๆ ที่มีผลตอการสลายสียอมเมทิลีนบลู 10.4.1 เปรียบเทียบผลของคา pH การศึกษาประสิทธิภาพในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของอนุภาค ZnFe2O4,

TiO2และ ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล โดยศึกษาคา pH ที่มีผลตอการสลายสียอม เมทิลีนบลูไดแก pH 4 และ pH 10 พบวาที่ pH 4 อนุภาค ZnFe2O4, TiO2และ ZnFe2O4-TiO2 (1:6) มีการดูดซับในปริมาณนอย โดย TiO2 มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูไดดีที่สุด คือ 28.97% และเมื่อคิดรวมกับเปอรเซ็นตการดูดซับในที่มืด พบวา มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูดีที่สุด 36.80% ดังแสดงในรูปที่ 4.76 และเมื่อพิจารณาที่ pH 10 พบวา อนุภาค ZnFe2O4, TiO2และ ZnFe2O4-TiO2 (1:6) สามารถดูดซับสียอม เมทิลีนบลูไดเพิ่มมากข้ึน โดย TiO2 มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูไดดีที่สุด คือ 71.64% และเมื่อคิดรวมกับเปอรเซ็นตการดูดซับในที่มืด พบวา มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูดีที่สุด 94.51% ดังแสดงในรูปที่ 4.78 เน่ืองจากที่ pH 4 พื้นผิวของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2และZnFe2O4-TiO2(1:6) จะเปนประจุบวก ซึ่งเมื่อนํามาทดสอบประสิทธิภาพของการสลายสียอม เมทิลีนบลูที่จําเปนสียอมที่มีประจุเปนบวก (cationic dye) จึงทําใหตัวเรงปฏิกิริยาดูดซับสียอมไดนอย ในขณะที่สารละลายมี pH เทากับ 10 พื้นผิวของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2และ ZnFe2O4-TiO2(1:6) จะมีประจุเปนลบ ทําใหสามารถดูดซับสียอม เมทิลีนบลูไดมากข้ึน ซึ่งประจุบนพื้นผิวของตัวเรงปฏิกิริยาจะเปนลบมากข้ึนเมื่อ pH ของสารละลายมีคามากกวาคา pZC มากข้ึน และเมื่อ pH ของสารละลายมีคานอยกวาคา pZC มากข้ึนจะทําใหพื้นผิวของตัวเรงปฏิกิริยาจะเปนประจุบวกมากข้ึน และเมื่อเทียบกับ pH 7 แลวพบวา TiO2 มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูไดดีที่สุด คือ 82 % และเมื่อคิดรวมกับเปอรเซ็นตการดูดซับในที่มืดพบวา มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม เมทิลีนบลูดีที่สุด 90% ดังแสดงในรูปที่ 4.76 และสามารถสรุปผลการสลายสียอมและการดูดซับไดดังแสดงในรูปที่ 4.79

รูปที่ 4.76 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอมเมทิลีนบลทูี่ pH 4 ของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล

TiO2

ZnFe2O4 (precipitation)-TiO2 (1:6)

ZnFe2O4 (precipitation)

ZnFe2O4 (hydrothermal)-TiO2 (1:6)

ZnFe2O4 (hydrothermal)



91

รูปที่ 4.77 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอม เมทิลีนบลทูี่ pH 7 ของอนุภาค

ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล

รูปที่ 4.78 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอม เมทิลีนบลูที่ pH 10 ของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล

TiO2


ZnFe2O4 (precipitation) -TiO2 (1:6)

ZnFe2O4 (hydrothermal) -TiO2 (1:6)


adsorption in the dark visible irradiation time



92

รูปที่ 4.79 แสดงแผนภูมิแทงสรุปศึกษาประสิทธิภาพในการสลายสียอมเมทิลีนบลูที่ pH ตางๆ (a)

%degradation และ (b) %adsortion

(a)

(b

Ti

Ti

ZnFe2O4 Co-precipitation

ZnFe2O4 Co-precipitation





ZnFe2O4 co precipitation-TiO2

ZnFe2O4 co precipitation-TiO2



93

10.4.2 เปรียบเทียบชนิดของสียอม

การศึกษาประส ิทธ ิภาพในการ เป นต ัวเร งปฏิก ิร ิยาด วยแสงของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล โดยศึกษาการสลายสียอม ออเรจน II พบวาที่ อนุภาค ZnFe2O4ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม ออเรจนII ไดดีที่สุด คือ 37.13% และเมื่อคิดรวมกับเปอรเซ็นตการดูดซับในที่มืด พบวา มีประสิทธิภาพในการสลายสียอม ออเรจน II ดีที่สุด 81.12% ดังแสดงในรูปที่ 4.80 เน่ืองจากพื้นผิวของอนุภาค ZnFe2O4ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอลมีประจุเปนบวกจึงทําใหสามารถดูดซับสียอม ออเรจน II ซึ่งเปนสียอมที่มีประจุลบ (anionic dye) ไดดี

รูปที่ 4.80 กราฟ Photocatalytic degradation ในการสลายสียอม ออเรจน II ของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล ภายใตแสงวิซิเบิล

TiO2


ZnFe2O4 (precipitation)-TiO2 (1:6) ZnFe2O4 (hydrothermal)- TiO2 (1:6)




94

10.4.3 การนํากลับมาใชใหม การศึกษาการนํากลับมาใชงานซ้ําของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2และ ZnFe2O4-

TiO2 (1:6) ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล โดยศึกษาการใชสลายสียอมเมทิลีนบลู พบวา ประสิทธิภาพการสลายสียอม เมทิลีนบลู ของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ทั้งหมดจะลดลงเรื่อยๆ เมื่อใชซ้ําครั้งที่ 2 และ 3 ตามลําดับ ดังแสดงในรูปที่ 4.81 เน่ืองจากมีสียอม เมทิลีนบลู เกาะอยูบนพื้นผิวหรือบริเวณรูพรุนของตัวเรงปฏิกิริยา และสําหรับอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 (1:6) อาจเกิดจากอนุภาค TiO2 ที่เคลือบอยูบนพื้นผิวของ ZnFe2O4 หลุดออกมาขณะทําการปนกวนจึงทําใหประสิทธิภาพลดลง

รูปที่ 4.81 แสดงกราฟการใชงานซ้ําของอนุภาค ZnFe2O4,TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2(1:6) ที่สังเคราะหดวยกระบวนการโซลเจล

หลังจากใชงานซ้ํา 3 ครั้งแลวจะทําความสะอาดตัวเรงปฏิกิริยาโดย นําตัวเรงปฏิกิริยาที่ใชงานแลวใสลงในบีกเกอรที่มี H2O2 ความเขมขน 1M และนําไปปนกวนภายใตแสงยูวีเปนเวลา 24 ช่ัวโมง หลังจากน้ันนํามาอบที่อุณหภูมิ 100ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง พบวา การสลายเมทิลีนบลูของโดยใชอนุภาค TiO2ที่ทําความสะอาดแลว มีประสิทธิภาพใกลเคียงกับอนุภาค TiO2 ที่ใชครั้งแรกแตยังมีประสิทธิภาพดอยกวา เน่ืองมาจากอนุภาค TiO2 ยังมีโมเลกุลของสียอมเมทิลีนบลูเหลืออยูบนพื้นผิวของอนุภาค สําหรับอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่ทําความสะอาดแลวพบวาเมื่อนํามาใชงานจะไดประสิทธิภาพใกลเคียงกับอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 (1:6) ที่ใชครั้งแรก ในขณะที่ ZnFe2O4 ที่ทําความสะอาดแลวมีประสิทธิภาพลดลง ดังแสดงในรูปที่ 4.82



- TiO2 (1:6)

ZnFe2O4 (hydrothermal)-

TiO2 (1:6)



95

รูปที่ 4.82 แสดงกราฟการใชอนุภาค ZnFe2O4,TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2(1:6) ที่ทําความสะอาดดวย H2O2

ในการสลายสียอมเมทิลีนบลู

adsorption in the dark



96

96

บทที่ 5 สรุปผลการทดลอง และขอเสนอแนะ

1. สรุปผลการทดลอง การสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 แบงออกเปน 2 กระบวนการ คือ กระบวนการตกตะกอนรวมและกระบวนการไฮโดรเทอรมอล ซึ่งสามารถสรุปสภาวะที่เหมาะสมไดดังตารางที่ 5.1-5.2

ตารางที่ 5.1 แสดงสภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวยกระบวนการตกตะกอนรวม

สภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวยกระบวนการตกตะกอนรวม อุณหภูมิที่ใชในการเผา 600ºC เผาเปนเวลา 4 ช่ัวโมง pH ที่ใชในการสังเคราะห pH 8 ความเขมขนของสารลดแรงตึงผิว 16.4 mM ชนิดของตัวตกตะกอน NH4OH ชนิดของสารต้ังตน Zn(NO3)2.6H2O และ Fe(NO3)3.9H2O

ตารางที่ 5.2 แสดงสภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล

สภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล อุณหภูมิที่ใชในการสังเคราะห 200ºC เปนเวลา 10 ช่ัวโมง pH ที่ใชในการสังเคราะห pH 8 ความเขมขนของสารลดแรงตึงผิว 16.4 mM ชนิดของตัวตกตะกอน NH4OH ชนิดของสารต้ังตน Zn(NO3)2.6H2O และ Fe(NO3)3.9H2O

การสังเคราะหอนุภาค TiO2 แบงออกเปน 2 กระบวนการ คือ กระบวนการไฮโดร-เทอรมอลและกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส ซึ่งสามารถสรุปสภาวะที่เหมาะสมไดดังตารางที่ 5.3-5.4

ตารางที่ 5.3 แสดงสภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค TiO2 ดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล

สภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค TiO2 ดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล อุณหภูมิที่ใชในการสังเคราะห 200ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง pH ที่ใชในการสังเคราะห pH 1 ปรับ pH ดวย conc. HNO3 ชนิดของตัวทําละลาย H2O ชนิดของสารต้ังตน Titanium(IV) isopropoxide



97

ตารางที่ 5.4 แสดงสภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค TiO2 ดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส

สภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค TiO2 ดวยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส อุณหภูมิที่ใชในการสังเคราะห 85ºC เปนเวลา 15 ช่ัวโมง pH ที่ใชในการสังเคราะห pH 1 ปรับ pH ดวย conc. HNO3 ชนิดของตัวทําละลาย H2O ชนิดของสารต้ังตน Titanium(IV) isopropoxide อุณหภูมิที่ใชในการเผา 400ºC เปนเวลา 3 ช่ัวโมง

การสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 แบงออกเปน 3 กระบวนการ คือ กระบวนการไฮโดรเทอรมอล กระบวนการโซลเจล และกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส โดยศึกษาการเพิ่มปริมาณของ TiO2 และ ZnFe2O4 และอุณหภูมิที่ใชในการเผาที่มีผลตอประสิทธิภาพการสลายสียอม ซึ่งสามารถสรุปสภาวะที่เหมาะสมไดดังตารางที่ 5.5-5.7

ตารางที่ 5.5 แสดงสภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ดวยกระบวนการไฮโดร-เทอรมอล

สภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล อุณหภูมิที่ใชในการปนกวน 85ºC เปนเวลา 15 ช่ัวโมง อุณหภูมิที่ใชในการไฮโดรเทอรมอล 200ºC เปนเวลา 12 ช่ัวโมง pH ที่ใชในการสังเคราะห pH 1 ปรับ pH ดวย conc. HNO3 ชนิดของตัวทําละลาย H2O

ตารางที่ 5.6 แสดงสภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ดวยกระบวนการโซลเจล

สภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ดวยกระบวนการโซลเจล อุณหภูมิที่ใชในการปนกวน 85ºC เปนเวลา 15 ช่ัวโมง pH ที่ใชในการสังเคราะห pH 1 ปรับ pH ดวย conc. HNO3 ชนิดของตัวทําละลาย H2O อุณหภูมิที่ใชในเผา 400ºC เปนเวลา 3 ช่ัวโมง

ตารางที่ 5.7 แสดงสภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ดวยกระบวนการโซลเจล-


สภาวะที่เหมาะสมที่ใชสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ดวยกระบวนการโซลเจล อุณหภูมิที่ใชในการปนกวน 85ºC เปนเวลา 15 ช่ัวโมง pH ที่ใชในการสังเคราะห pH 1 ปรับ pH ดวย conc. HNO3 ชนิดของตัวทําละลาย H2O ระยะเวลาที่ทําการไดอะไลซิส 3 วัน อุณหภูมิที่ใชในเผา 400ºC เปนเวลา 3 ช่ัวโมง



98

จากน้ันนําอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ที่สังเคราะหไดไปศึกษาสมบัติทางเคมีและทางฟสิคัลดวยเทคนิคตางๆ พบวาผลการศึกษาดวยเทคนิคตางๆ เปนดังน้ี การศึกษาดวย X-ray diffractometer (XRD) พบวา X-ray diffraction patterns ของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ตรงกับ JCPDS patterns ดังน้ี ZnFe2O4 (JCPDS No. 22-1012), TiO2 (JCPDS No.78-2486) และ XRD patterns ของ ZnFe2O4-TiO2 มีพีคปรากฏในตําแหนงที่ตรงกับ XRD patterns ของ ZnFe2O4 และ TiO2 การศึกษาและวิเคราะหหมูฟงกชันที่สําคัญของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ดวย Fourier Transform Infrared Spectrometer (FT-IR) ในชวง 4000-400 cm-1 โดย FT-IR spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่ทําการศึกษาในสภาวะตางๆ มี FT-IR spectrum ที่เหมือนกัน คือปรากฏพีคที่ 451.85- 430.99 cm-1 ซึ่งเปนพีคของ Fe-O stretching และพบพีคที่ 566.95-550.61 cm-1 ซึ่งเปนพีคของ Fe-O และ Zn-O นอกจากน้ียังพบพีคของ O-H stretching ของนํ้าที่อยูบนพื้นผิวของอนุภาค ZnFe2O4 ที่ 3500-3200 cm-1 และ 1620 cm-1 สําหรับอนุภาค TiO2 ที่สังเคราะหไดทั้ง 2 กระบวนการ มี FT-IR spectrum ที่เหมือนกัน คือปรากฏพีคที่ 900-400 cm-1 ซึ่งเปนพีคของ Ti-O stretching และพบพีคที่ 3500-3400 cm-1 ซึ่งเปนพีคของ O-H stretching แสดงการมีอยูของนํ้าและหมูฟงกชัน Ti-OH ที่อยูบนพื้นผิวของอนุภาค TiO2 และ พบพีคที่ 1640 cm-1 ซึ่งเปนพีคของ O-H bending และอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 มี FT-IR spectrum ที่ปรากฏแสดงใหเห็นวามีการอยูรวมกันระหวาง ZnFe2O4 และ TiO2 ที่ไดกลาวขางตน การศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ดวย Scanning Electron Microscope (SEM) และ Transmission Electron Microscope (TEM) พบวาอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหไดรูปรางไมแนนอนและอนุภาคคอนขางรวมตัวกันเปนกลุมกอน เน่ืองจากสังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมควบคุมขนาดและรูปรางของอนุภาคไดยาก จึงทําการเติมสารลดแรงตึงผิว (SDS) พบวาทําใหอนุภาคมีการกระจายตัวมากข้ึนและมีขนาดเล็กลง และเมื่อเคลือบดวยอนุภาค TiO2 พบวามีอนุภาคเล็กๆ เกาะอยูบนพื้นผิวของอนุภาค ZnFe2O4

การศึกษาคาการดูดกลืนแสงของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ดวย Diffused Reflectance Spectroscope (UV/DRS) พบวาคาพลังงาน band gap ของอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ลดลงเมื่อเทียบกับ TiO2 แสดงใหเหน็วา ZnFe2O4 มีสวนชวยใหคาพลังงาน band gap ของ TiO2 ลดลงทําใหมีคาการดูดกลืนแสงในชวงวิสิเบิลเพิ่มข้ึนโดยคาพลังงาน band gap เปนดังน้ี TiO2 > ZnFe2O4-TiO2 > TiO2 การศึกษาสมบัติความเปนแมเหล็กของอนุภาค ZnFe2O4 และ ZnFe2O4-TiO2 ดวย Vibrating sample magnetometer (VSM) พบวา คา Magnetization ของอนุภาค ZnFe2O4 หลังจากเคลือบดวยอนุภาค TiO2 จะลดลงตามปริมาณของ TiO2 ที่เพิ่มข้ึนเน่ืองจากอนุภาค TiO2 บดบังความเปนแมเหล็กของอนุภาค ZnFe2O4 และสามารถแยกเก็บไดดวยแทงแมเหล็กภายนอกสําหรับอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่ใชอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมที่เผาที่อุณหภูมิ 600ºC เปนเวลา 4 ชั่วโมง สําหรับอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่ใชอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการไฮโดรเทอรมอล สามารถแยกเก็บดวยแทงแมเหล็กไดเล็กนอย



99

การศึกษาองคประกอบของธาตุที่มีอยูในอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ดวย X-ray photo electron spectroscope (XPS) พบวา XPS spectrum ของอนุภาค ZnFe2O4 มีสเปกตรัมของธาตุตางๆ ดังตอไปน้ี ไดแก Zn 2p ความเขมสวนใหญเกิดข้ึนที่ระดับพลังงาน 1021.6 eV และ 1044.7 eV มีสเปกตรัมของ Fe 2p ความเขมสวนใหญเกิดข้ึนที่ระดับพลังงาน 711.6 eV และ 725.4 eV และมีสเปกตรัมของ O 1s ความเขมสวนใหญเกิดข้ึนที่ระดับพลังงาน 530.0 eV เมื่อวิเคราะหธาตุที่เปนสวนประกอบของอนุภาค TiO2 พบวามีสเปกตรัมของธาตุตางๆ ดังตอไปน้ี ไดแก Ti 2p ความเขมสวนใหญเกิดข้ึนที่ระดับพลังงาน 464.5 eV และ 458.8 eV มีสเปกตรัมของ O 1s ความเขมสวนใหญเกิดข้ึนที่ระดับพลังงาน 530.0 eV การศึกษาลักษณะพื้นที่ผิวเฉลี่ย และการกระจายตัวของรูพรุน ของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 พบวา ทุกตัวอยางมี hysteresis loop จัดอยูใน isotherm type IV และมีลักษณะรูพรุนเปนแบบ mesoporous structure ยกเวนอนุภาค ZnFe2O4 ที่ใชตัวตกตะกอนเปน Na2CO3 และอนุภาค ZnFe2O4 ที่ใชตัวตกตะกอนเปน NH4OH โดยเผาที่อุณหภูมิ 600ºC เปนเวลา 4 ช่ัวโมง มีลักษณะรูพรุนเปนแบบ macroporous structure ซึ่งอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 มีพื้นที่ผิวมากกวาอนุภาค ZnFe2O4 แตนอยกวาอนุภาค TiO2

การศึกษาการรวมตัวกันของอิเล็กตรอนและโฮล (band-to-band recombination) ของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ดวยเทคนิค Photoluminescence (PL) พบวาพบวา TiO2 ที่สังเคราะหโดยกระบวนการโซลเจล-ไดอะไลซิส มีการรวมตัวของอิเล็กตรอนและโฮลชากวาที่สุด สําหรับอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ที่มีอัตราสวน 1:6, 1:3 และ 1:1 มีการรวมตัวของอิเล็กตรอนและโฮลเร็วข้ึนตามลําดับ เน่ืองจากการเคลือบ ZnFe2O4 ดวย TiO2 ในปริมาณที่เพิ่มข้ึนทําใหมีคาพลังงาน Band gap เพิ่มข้ึน ทําใหเพิ่มระยะเวลาในการแยกกันระหวางอิเล็กตรอนและโฮล และอนุภาค ZnFe2O4 มีการรวมตัวของอิเล็กตรอนและโฮลเร็วที่สุด การศึกษาประสิทธิภาพในการเปนตัวเรงปฏิกิริยาดวยแสงของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ดวย UV-visible Spectrophotometer (UV-vis) โ ดย ศึ ก ษาก า ร ส ล า ยสี ย อ ม methylene blue และ orange II ภายใตแสงวิซิเบิล พบวาประสิทธิภาพในการสลายสียอม methylene blue เรียงจากมากไปนอย ไดแก TiO2 hydrothermal > ZnFe2O4-TiO2 (1:6) hydrothermal > ZnFe2O4 hydrothermal และ TiO2 solgel-dialysis > ZnFe2O4 precipitation-TiO2 (1:6) solgel > ZnFe2O4 precipitation และ TiO2solgel-dialysis > ZnFe2O4 precipitation-TiO2 (1:6) solgel-dialysis > ZnFe2O4 precipitation และ TiO2 solgel > ZnFe2O4 hydrothermal-TiO2 (1:6) solgel > ZnFe2O4 hydrothermal สําหรับประสิทธิภาพในการสลายสียอม orange II เรียงจากมากไปนอย ไดแก ZnFe2O4 hydrothermal > TiO2 solgel-dialysis > ZnFe2O4 hydrothermal-TiO2(1:6) > ZnFe2O4 precipitation-TiO2 (1:6) solgel > ZnFe2O4 precipitation



100

2. ขอเสนอแนะในการทํางานวิจัย 2.1 การสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ดวยกระบวนการตกตะกอนรวม ทําใหอนุภาคที่สังเคราะหไดคอนขางรวมตัวกันเปนกลุมกอน และมีลักษณะรูปรางที่ไมแนนอน จึงอาจจะสงผลใหอนุภาค ZnFe2O4 มีประสิทธิภาพในการสลายสียอมไดนอย แนวทางในการปรับปรุงแกไข คือ การศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4 ที่มีการกระจายตัวไดมากข้ึนและมีรูปรางที่แนนอน 2.2 การสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ดวยกระบวนการตางๆ พบวามีอนุภาค TiO2 เคลือบอยูบนพื้นผิวของอนุภาค ZnFe2O4 แตมีประสิทธิภาพตํ่ากวาอนุภาค TiO2 แนวทางในการปรับปรุงแกไข คือ การศึกษาสภาวะที่เหมาะในการสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 ใหมีประสิทธิภาพเทียบเทากับอนุภาค TiO2 โดยการเปลี่ยนตัวทําละลายที่ไมมีนํ้าเปนองคประกอบ เชน แอลกอฮอล 3. การนําไปประยุกตใช การสังเคราะหอนุภาค ZnFe2O4-TiO2 โดยการเคลือบอนุภาค TiO2 บนพื้นผิวของอนุภาค ZnFe2O4 จะชวยแกปญหาการแยกอนุภาค TiO2 ออกจากสารละลายไดงายข้ึน



101

รายการอางอิง [1] จตุพร วิทยาคุณ และนุรักษ กฤษดานุรักษ. (2547). การเรงปฏิกิริยาพื้นฐานและการประยุกต.

กรุงเทพฯ: โรงพิมพมหาวิทยาลัยธรรมศาสตร. [2] Fangmin-Huang, and others. (2010). “Analysis of the degradation mechanism of

methyene blue by atmospheric pressure dielectric barrier discharge plasma.” Chemical Engineering Journal 162, 1 (August): 250-256.

[3] Seul-Yi Lee, and Soo-Jin Park. (2013). “TiO2 photocatalyst for water treatment applications.” Journal of lndustrial and Enginerring Chemistry 19, 6 (November): 1761-1767.

[4] lliev, V., and others. (2006). “Photocatalytic properties of TiO2 modified with platinum and silver nanoparticles in the degradation of oxalic acid in aqueous solution.” Applied catalysis B: Environmental 63, 3 (March): 266-271.

[5] Yu-Shen, and others. (2011). “Facile synthesis and characterization of ZnFe2O4-Fe2O3 composite hollow nanospheres.” Materials Research Bulletin 46, 12 (December): 2235-2239.

[6] Valenzuela, M. A., and others. (2002). “Preparation, characterization and photocatalytic activity of ZnO, Fe2O3, and ZnFe2O4.” Journal of Photochemistry and Photobiology: Chemistry 148, 1 (May): 177-182

[7] Ping-Cheng, and others. (2004). “Influence of zinc ferrite doping on the optical properties and phase transformation of titania powders prepared by sol-gel method.” Materials Science and Engineering A 386, 1 (November): 43-47.

[8] Ping-Cheng, and others. (2004). “Physical and photocatalytic properties of zinc ferrite doped titania under visible light irradiation.” Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 168, 1 (November): 97-101.

[9] Atif, M., S. K. Hasanani, and M. Nadeem. (2006). “Magnetization of sol-gel prepared zinc ferrite nanoparticles: Effects of inversion and particle size.” Solid State Communications 138, 8 (May): 416-421.

[10] Huaming-Yang, and others. (2006). “Sol-gel synthesis of TiO2 nanoparticles an photocatalytic degradation of methyl orange in aqueous TiO2 suspensions.” Journal of Alloys and Compounds 413, 1 (March): 302-306.

[11] Philip, J., and others. (2007). “Effect of thermal annealing under vacuum on the crystal structure, size and magnetic properties of ZnFe2O4 nanoparticles.” Journal of applied physics 102 (September): 305-312.



102

[12] Aiguo-Yan, and others. (2008). “Selective Synthesis and Properties of Monodisperse Zn Ferrite Hollow Nanospheres and nanosheets.” Journal of Physical Chemistry 112, 23 (May): 8558-8563.

[13] Suzuko-Yamazaki, and Noriyuki-Nakamura. (2008). “Photocatalytic reactivity of transparent titania sols prepared by peptization of titanium titanium tetraisopropoxide.” Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 193, 1 (January): 65-71.

[14] Wanquan-Jiang, and others. (2009). “A simple route to synthesize ZnFe2O4 hollow spheres and their magnetorheological characteristics.” Smart Materials and Structures 18, 12 (October): 125-129.

[15] Narayan, H., and others. (2009). “Role of particle size in visible light photocatalysis of Congo Red using TiO2-ZnFe2O4 nanocomposites.” Bulletin of Materials Science 32, 5 (October): 499-506.

[16] Guo-Ying Zhang, and others. (2010). “Quasi-cube ZnFe2O4 nanocrystals: Hydrothermal synthesis and photocatalytic activity with TiO2 (Degussa P25) as nanocomposite.” Materials Research Bulletin 45, 7 (July): 755-760.

[17] Mozaffari, M., M. Eghbali Arani, and J. Amighian. (2010). “The effect of cation distribution on magnetization of ZnFe2O4 nanoparticles” Journal of Magnetism and Magnetic Materials 322, 21(November): 3240-3244.

[18] Qiaoling-Li, Changchuan-Bo, and Wenting-Wang. (2010). “Preparation and magnetic properties of ZnFe2O4 nanofibers by coprecipitation-air oxidation method.” Materials Chemistry nad Physics 124, 2 (December): 891-893.

[19] Xinyong-Li, and others. (2011). “A general, one-step and template-free synthesis of sphere-like zinc ferrite nanostructures with enhanced photocatalytic activity for dye degradation.” Journal of Colloid and Interface Science 358, 1 (June): 102-108.

[20] Jadhav, S. D., and others. (2011). “Effect of sintering on Photocatalytic degradation of methyl orange using zinc ferrite.” Materials Letters 65, 2 (January: 371-373.

[21] Behnajady, M. A., and others. (2011). “Investigation of the effect of sol-gel synthesis variables on structural and photocatalytic properties of TiO2

nanoparticles.” Desalination 278, 1 (September): 10-17. [22] Shahraki, R. Raeisi, and others. (2012). “Structural characterization and magnetic

properties of superparamagnetic zinc ferrite nanoparticles synthesized by the coprecipitation method.” Journal of Magnetism and Magnetic Materials 324, 22 (November): 3762-3765.



103

[23] Vorrada Loryuenyong, and others. (2012). “Sol-gel template synthesis and photocatalytic behavior of anatase titania nanoparticles.” ScienceAsia 38 (May): 301-306.

[24] Peizhi-Guo, and others. (2013). “Facile Synthesis of ZnFe2O4 Nanoparticles with Tunable Magnetic and Sensing Properties.” Langmuir 29, 28 (June): 8997-9003.

[25] Zu-Peng Chen, and others. (2013). “High-yield synthesis and magnetic properties of ZnFe2O4 single crystal nanocubes in aqueous solution.” Journal of Alloys and Compounds 550 (February): 348-352.

[26] Yuanyuan-Sun, and others. (2013). “Magnetic ZnFe2O4 octahedra: Synthesis and visible light induced photocatalytic activities.” Materials Letters 98 (May): 124-127.

[27] Bin-Son, and others. (2014). “Spherical mesoporous TiO2 fabricated by sodium dodecyl sulfate-assisted hydrothermal treatment and its photocatalytic decomposition of papermaking wastewater.” Powder Technology 256 (April): 118-125.

[28] Xiaodi-Zhu, and others. (2014). “Facile synthesis, structure and visible light photocatalytic activity of recyclable ZnFe2O4/TiO2.” Applied Surface Science 319 (November): 83-89.

[29] Xiangfeng-Chu, Dongli-Jiang, and Chenmou-Zheng. (2006) “The gas-sensing properties of thick film sensors based on nano-ZnFe2O4 prepared by hydrothermal method” Materials Science and Engineering: B 129, 1(April): 150-153.



104

ภาคผนวก



105

ภาคผนวก ก. 1. การคํานวณหาขนาดของผลึก

สมการ Scherrer ดังน้ี โดยที่ L คือ ขนาดของผลึก

K คือ คาคงที่ (0.94) λ คือ ความยาวคลื่นของ X-rays (Cu Kα = 0.15406 nm)

hkl คือ ความกวางที่ความสูงครึ่งหน่ึงของพีกหลัก

(full width at half- maximum, FWHM) คือ มุมตกกระทบของ X-rays กับระนาบ

ตัวอยางการคํานวณ ตารางผนวก ก.1 แสดงขอมูลจาก X-ray diffractrometer (XRD) ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะห

ดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยเผาที่อุณหภูมิ 800ºC เปนเวลา 5 ช่ัวโมง

2-theta (deg) d (ang.) Height (cps) FWHM (deg) Int.I (cps) 29.9149 2.98441 687.87 0.2063 194.28 35.2639 2.54301 2000.15 0.2084 563.93

37 2.42758 164.67 0.2182 57.52 42.8251 2.10989 180.13 0.5148 98.71 53.1729 1.72112 247.67 0.1671 59.56 56.672 1.62287 617.75 0.2182 184.37

การคํานวณหาขนาดของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยเผาที่อุณหภูมิ 800ºC เปนเวลา 5 ช่ัวโมง ที่แสดงในตารางผนวก ก.1 ดังน้ี

ดังน้ัน ขนาดของอนุภาค ZnFe2O4 คือ 39.61 nm

nmL

L

kLhkl

61.3923639.35cos2084.0

938.7

cos

coshkl

kL



106

onsetonsetg

hchvE1240

2. การคํานวณหาเปอรเซ็นตการยอยสลายของสียอม สูตรที่ใชในการคํานวณ คือ % Degradation = ( C0 – C ) /C0 x 100

โดยที่ C0 แทน ความเขมขนของสียอมเริ่มตนกอนการฉายแสง C แทน ความเขมขนของสียอมหลังจากฉายแสง ณ เวลาหน่ึงๆ

และเน่ืองจากกฎของเบียร-แลมเบิรต เขียนเปนสมการ A = ε b c โดยที่ A แทน คาการดูดกลืนแสง

ε แทน molar absoptivity b แทน ความหนาของสารละลายในหนวยเซนติเมตร c แทน ความเขมขนของสารละลายในหนวยโมลตอลิตร

จากสมการตามกฎของเบียร-แลมเบิรต จะเห็นวาความเขมขนกับคาการดูดกลืนแสงแปรผันตรงกัน ดังน้ัน เราอาจเขียนสูตรที่ใชในการคํานวณไดดังน้ี

สูตรที่ใชในการคํานวณ คือ % Degradation = ( A0 – At ) /A0 x 100 โดยที่ A0 แทน คาการดูดกลืนแสงของสียอมเริ่มตนกอนการฉายแสง At แทน คาการดูดกลืนแสงของสียอมหลังจากฉายแสง ณ เวลาหน่ึงๆ 3. การคํานวณคาพลังงาน Band gap ของอนุภาค ZnFe2O4, TiO2 และ ZnFe2O4-TiO2 ชนิดตาง ๆ 3.1 การหาคา คาพลังงาน Band gap จาก DRS spectra จากการ plot กราฟ UV–Visdiffuse reflectance (DRS) spectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ดังแสดงในรูปที่ 4.37

รูปที่ 4.37 แสดงตัวอยางการหา onset ของ UV-Vis diffuse reflectance (DRS) spectra ของ

อนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม โดยใชอุณหภูมิในการเผาตางกัน

หาไดจากการลากเสนตัดกันจะไดคา λonset ของ อนุภาค ZnFe2O4 เทากับ 650 nm จากคา λonset สามารถนําไปหาคาพลังงาน band gap จากสมการ Plank ดังน้ี



107

โดยที่ Eg คือ คาพลังงาน band gap (eV)

h คือ คาคงที่ของแพลงค (6.67 10-34 J.s)

C คือ ความเร็วของแสง (3 108 m.s-1)

onset คือ ความยาวคลื่นที่ดูดกลืน (nm) ตัวอยางการคํานวณ การคํานวณคาพลังงาน band gap ของอนุภาค ZnFe2O4 ดังน้ี

eVhvE g 91.1650

1240

ดังน้ัน คาพลังงาน band gap ของอนุภาค ZnFe2O4 เทากับ 1.91 eV 3.2 การหาคาพลังงาน band gap จาก Indirect band-gap transition spectra ของ

อนุภาค ZnFe2O4 ดังแสดงในรูปที่ 4.38

รูปที่ 4.38 แสดงตัวอยางหาคาพลังงาน Band gap โดยการ plot กราฟ Indirect band-gap transition spectra ของอนุภาค ZnFe2O4 ที่สังเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวมและเผาที่อุณหภูมิ 800ºC เปนเวลา 5 ช่ัวโมง

ซึ่งหาไดจากการลากเสนตัดกับแกน X คือ Eplot (eV) จะไดคาพลังงาน band gap ของ อนุภาค ZnFe2O4 เทากับ 2.0 Ev



108

ภาคผนวก ข. ผลงานเสนอทางวิชาการ 1. The 40th Congress on Science and Technology of Thailand (STT) ในวันที่ 2-4 ธันวาคม พ.ศ. 2557 สถานที่ โรงแรม Pullman Khon Kaen Raja Orchid จังหวัดขอนแกน ประเทศไทย หัวขอ: Effect of surfactant on the microstructure and photocatalytic efficiency of magnetic ZnFe2O4 nanoparticles.



109



110



111



112



113



114



115

2. Pure and Applied Chemistry International Conference 2015 (PACCON 2015) ในวันที่ 21-23 มกราคม พ.ศ. 2558 สถานที่ โรงแรม Amari Watergate กรุงเทพมหานคร ประเทศไทย หัวขอ: The microstructure and photocatalytic efficiency of magnetic ZnFe2O4 nanoparticles.



116

ประวัติผูวิจัย

ช่ือ-สกุล นางสาวจุฑามนัส วงศยะรา ที่อยู 27 หมู 2 ตําบลเจ็ดเสมียน อําเภอโพธาราม จังหวัดราชบุรี ประวัติการศึกษา ระดับมัธยมศึกษาตอนตน สําเร็จการศึกษาจากโรงเรียนนารีวิทยา จังหวัดราชบุรี

ระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย สําเร็จการศึกษาจากโรงเรียนเบญจมราชูทิศ ราชบุรี จังหวัดราชบุรี

ระดับปริญญาตรี สําเร็จการศึกษาจากคณะวิศวกรรมศาสตรและเทคโนโลยีอุตสาหกรรม ภาควิชาวิศวกรรมเคมี มหาวิทยาลัยศิลาปากร วิทยาเขตพระราชวังสนามจันทร



Documents

การเป นสารเร งปฏิกิริยาด วยแสงX-Ray diffractometry (XRD), Fourier-transformed Infrared Spectrophotometry (FT-IR), Diffused Reflectance