การเติมท่อนาโนคาร์บอนด้วยโบรอนและไนโตรเจนสำหรับประยุกต์เป็นตัวตรวจจับแก๊สและบำบัดน้ำ

Abstract

ท่อนาโนคาร์บอนบริสุทธิ์ (CNTs) ท่อนาโนคาร์บอนเจือไนโตรเจน (CN-NTs) และท่อนาโนคาร์บอนเจือโบรอนและไนโตรเจน (BCN-NTs) ถูกสังเคราะห์ด้วยวิธีการตกเคลือบด้วยไอทางเคมี โดยใช้สารตั้งต้นเฟอร์โรซีน อิมิดาโซล และกรดบอริก เป็นแหล่งกำเนิดคาร์บอน ไนโตรเจน และโบรอน ตามลำดับ ที่อุณหภูมิ ในการสังเคราะห์ 900 °C ท่อนาโนคาร์บอนที่สังเคราะห์ได้ ถูกนำมาศึกษาประสิทธิภาพในการตรวจวัดแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2) ที่ความเข้มข้น 100, 200 และ 310 ppm ภายใต้อุณหภูมิห้อง โดยลักษณะทางสัณฐานวิทยาและความเป็นผลึกทำการตรวจสอบโดยกล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราด (SEM), กล้องจุลทรรศน์แบบส่องผ่าน (TEM) และรามานสเปกโทรสโกปี โดยท่อ BCN-NTs มีความบกพร่องในโครงสร้างสูง สังเกตได้จากค่าอัตราส่วนระหว่าง ID/IG มีค่าสูงสุดเมื่อเทียบกับท่อนาโนคาร์บอนชนิดอื่น จากผลของภาพถ่าย TEM พบว่าการเจืออะตอมไนโตรเจนเข้าไปในท่อนาโนคาร์บอนมีผลทำให้โครงสร้างภายในท่อมีลักษณะโครงสร้างแบบปล้องไผ่ (Bamboo-like structure) มากกว่าท่อนาโนคาร์บอนชนิดอื่น ๆ จากการศึกษาองค์ประกอบของธาตุภายในท่อนาโนคาร์บอนทั้ง 3 ชนิด ด้วยเทคนิคเอกซ์เรย์โฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี (XPS) พบว่าท่อที่มีการเจือโบรอนและไนโตรเจน มีปริมาณโบรอนเป็นองค์ประกอบภายในท่อมีปริมาณที่ต่ำ และมีรูปพันธะระหว่างคาร์บอนกับไนโตรเจนได้หลาย รูปแบบ ขณะที่ท่อนาโนคาร์บอนเจือไนโตรเจนมีการเกิดพันธะระหว่างอะตอมคาร์บอนและไนโตรเจนได้ 2 แบบ (Quaternary, Graphitic-N-O) และเมื่อนาท่อนาโนคาร์บอนแต่ละชนิดมาทดสอบการตอบสนองต่อแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์ที่อุณหภูมิห้อง พบว่า การเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์ มีผลทำให้การตอบสนองเพิ่มขึ้น การตอบสนองต่อแก๊สของท่อนาโนคาร์บอนที่เจือไนโตรเจนมีประสิทธิภาพในการตอบสนองต่อแก๊สที่ดีกว่าท่อนาโนคาร์บอนชนิดอื่น การทดสอบการคืนตัวของท่อนาโนคาร์บอนหลังการทดสอบแก๊ส ท่อนาโนคาร์บอนชนิดเจือโบรอนและไนโตรเจนเกิดการการคืนตัวที่ไม่สมบูรณ์