ทีมวิจัยนาโนเทคโนโลยีเพื่อสิ่งแวดล้อม (ENV) ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ สวทช. นำโดย ดร.ชลิตา รัตนเทวะเนตร ชูแนวคิดในการสังเคราะห์วัสดุโครงข่ายโลหะอินทรีย์ (MOFs) โดยนำขวดพลาสติกใช้แล้ว (rPET) มาใช้เป็นแหล่งของออร์แกนิคลิแกนด์ โดยเน้นการสังเคราะห์แบบยั่งยืน ขยายขนาดได้ และใช้เคมีสีเขียว ภายใต้การสนับสนุนทุนวิจัยจาก บพข. แผนงานกลุ่มเศรษฐกิจหมุนเวียน
พอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET) เป็นพลาสติกที่นิยมใช้ในอุตสหกรรมเป็นอย่างมาก โดยเฉพาะการนำมาผลิตเป็นบรรจุภัณฑ์สำหรับเครื่องดื่ม หรือขวดน้ำพลาสติกที่สามารถพบเห็นได้อย่างแพร่หลายในท้องตลาด ปริมาณการใช้ขวดน้ำที่ทำจาก PET ที่เพิ่มสูงขึ้นทำให้เกิดขยะจากขวดพลาสติกเป็นจำนวนมาก การนำขวด PET ที่ใช้แล้วนำกลับมาใช้ใหม่ (rPET) ให้สอดคล้องกับเป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืนย่อมเป็นวิธีการที่ท้าทายอย่างยิ่ง ซึ่งทีมวิจัยจากศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ สวทช. โดย ดร.ชลิตา รัตนเทวะเนตร หัวหน้าโครงการ ได้เสนอแนวคิดในการนำ rPET มาใช้เป็นออร์แกนนิค ลิแกนด์ (ligand) ในการสังเคราะห์วัสดุโครงข่ายโลหะอินทรีย์ (Metal organic frameworks: MOFs) โดยอาศัยองค์ความรู้ของทีมวิจัยที่มีความเชี่ยวชาญในด้านการสังเคราะห์ MOFs มาใช้ในการพัฒนาความรู้ด้านการย่อยพลาสติกให้เป็นสารตั้งต้น (Monomers) และนำความรู้ดังกล่าวมาควบรวมกับองค์ความรู้ในการสังเคราะห์ MOFs ของทีมวิจัย เพื่อให้สามารถนำเอาขยะพลาสติกมาแปรรูปให้เป็นวัสดุมูลค่าสูงขึ้น (Value-added materials) ซึ่ง MOFs นั้นเป็นวัสดุที่มีรูพรุนสูง (คล้ายฟองน้ำ) ทำหน้าที่เป็นตัวดูดซับที่ดี สามารถนำมาขึ้นรูปและใช้เป็นตัวดูดซับในการบำบัดสิ่งแวดล้อมได้อีกด้วย โดยในปี ค.ศ. 2019 The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) ได้จัดให้ MOFs เป็น 1 ใน 10 กลุ่มเทคโนโลยีใหม่ในสาขาเคมีที่สามารถนำพาโลกของเราให้เข้าสู่ความยั่งยืน
ดร.ชลิตา กล่าวว่า “พลาสติกที่ใช้ในปัจจุบันได้มาจากการสังเคราะห์ ดังนั้นผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ใช้แล้วเมื่อนำมาผ่านขบวนการย่อยทางเคมีก็สามารถแปรรูปเป็นสารเคมีที่ใช้เป็นสารตั้งต้น (Chemical platforms) ที่สามารถนำกลับเข้าสู่อุตสาหกรรมเพื่อผลิตเป็นผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ได้เช่นกัน หากแต่การนำกลับมาใช้ใหม่นั้นควรเป็นในรูปแบบ green chemical recycling เช่น ใช้กรรมวิธีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ราคาถูก ใช้พลังงานน้อย เป็นต้น ในทางเคมี PET ประกอบไปด้วยกรดเทเรฟทาลิก (terephthalic acid) เป็นองค์ประกอบหลัก ซึ่งกรดดังกล่าวถูกนำมาใช้เป็นออร์แกนนิคลิแกนด์ในการสังเคราะห์วัสดุโครงข่ายโลหะอินทรีย์ (MOFs) การแปรรูปขยะขวดน้ำพลาสติกที่ทำจาก PET เป็นสารมูลค่าเพิ่มอย่าง MOFs ย่อมเป็นทางเลือกหนึ่งที่จะส่งเสริมแนวทางของเศรษฐกิจหมุนเวียน นอกนี้ MOFs ยังเป็นวัสดุดูดซับที่เป็นที่นิยมศึกษาในปัจจุบันเพราะคุณสมบัติที่น่าสนใจหลายอย่าง เช่น การมีพื้นที่ผิวสูง, การมีรูพรุนที่ปรับเปลี่ยนได้ ทั้งยังสามารถนำกลับมาใช้ได้ใหม่ ดังนั้นทีมวิจัยจึงมีแนวคิดในการสังเคราะห์ MOFs โดยอาศัยขวด PET เป็นแหล่งของออร์แกนิคลิแกนด์ โดยเน้นการสังเคราะห์แบบยั่งยืน ขยายขนาดได้ และใช้เคมีสีเขียว”
สำหรับโครงการนี้ บพข. ได้ให้การสนับสนุนทุนวิจัยตั้งแต่ปี 2564 และเมื่อปลายเดือนกรกฎาคมที่ผ่านมา คณะอนุกรรมการแผนงานเศรษฐกิจหมุนเวียน พร้อมผู้เชี่ยวชาญ ได้ลงพื้นที่ตรวจเยี่ยมการดำเนินโครงการ ณ ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ สวทช. โดยพบกว่า ทีมวิจัยได้ดำเนินโครงการไปแล้วกว่า 75% โดยทีมวิจัยได้ทำการออกแบบและพัฒนาชุดระบบปฏิกรณ์การไหลแบบต่อเนื่อง (Flow reactor system set) ซึ่งเป็นเครื่องต้นแบบที่ทีมวิจัยออกแบบและพัฒนาขึ้นเองเพื่อใช้ในการสังเคราะห์ MOFs ได้สำเร็จ และได้ศึกษาทดลองสังเคราะห์ในรูปแบบต่าง ๆ เพื่อให้ได้วิธีการสังเคราะห์ที่ดีที่สุด จนได้ข้อสรุปว่ากระบวนการสังเคราะห์ด้วยระบบ Continuous flow ให้ประสิทธิภาพ และประสิทธิผลที่ดี เหมาะสำหรับการขยายขนาดการสังเคราะห์เพื่อไปสู่อุตสาหกรรมการผลิต MOFs ได้ ในขั้นต่อไปทีมวิจัยมีแผนดำเนินการสังเคราะห์และเปรียบเทียบคุณสมบัติกับ MOFs ในเชิงพาณิชย์ ทำการศึกษาข้อมูลทางการตลาด วิเคราะห์ข้อมูลเชิง economic social ร่วมกับทีมสนับสนุนของศูนย์นาโนเทคโนโลยี พร้อมทั้งศึกษา environmental impacts และจัดทำการประเมินวัฏจักรชีวิตของผลิตภัณฑ์ หรือ Life Cycle Assessment (LCA) ของระบบการสังเคราะห์ MOFs ในโครงการ
