“วัสดุโครงข่ายโลหะ-อินทรีย์” (metal-organic frameworks – MOFs) อนุภาคผลึกจิ๋วระดับนาโนเมตรที่ภายในเต็มไปด้วยรูพรุน สร้างพื้นที่ผิวมหึมา พร้อมกับความสามารถในการดูดซับ รวมถึงสมบัติน่าสนใจหลายอย่าง อาทิ ความสามารถในการดูดซับแก๊ส หรือสารพิษได้อย่างจำเพาะเจาะจง หรือกระทั่งความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาที่มีคุณสมบัติที่ไม่เคยพบเจอมาก่อนในวัสดุกลุ่มอื่น นับเป็นวัสดุนาโนชนิดหนึ่งที่น่าสนใจ และมีความสามารถหลากหลาย จนล่าสุดในปีนี้ ผู้พิชิตรางวัลโนเบลสาขาเคมี ประจำปี 2025 ได้แก่ ศ. ซูซูมุ คิตากาวะ จาก มหาวิทยาลัยเกียวโต ประเทศญี่ปุ่น, ศ. ริชาร์ด ร็อบสัน จากมหาวิทยาลัยเมลเบิร์น ประเทศออสเตรเลีย, และ ศ. โอมาร์ ยากิ จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ สหรัฐอเมริกา ผู้คิดค้น “มอฟส์” นั่นเอง

“มอฟส์ (MOFs)” เป็นวัสดุลูกผสม (hybrid material) ที่ประกอบไปด้วย ส่วนที่เป็นโลหะและสารอินทรีย์ และมีความสามารถที่น่าสนใจอย่างการคัดเลือกโมเลกุลที่ต้องการออกจากโมเลกุลอื่น มีการนำไปใช้กับตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีที่จำเพาะกับรูปร่างและโครงสร้างของสารเคมีนั้น ๆ ทำให้สามารถใช้เป็นสารดูดซับ หรือตัวกรองได้ ขึ้นอยู่กับโครงสร้าง

รูพรุนเล็กๆ ในมอฟส์ ทำหน้าที่ “ดักจับ” และ “กักเก็บ” สารเคมีที่ต้องการกำจัดได้ ไม่ว่าจะเป็นก๊าซพิษ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซเรือนกระจก หรือจะดูดซับสารเคมีที่ย่อยสลายยากหรือที่เรียกกันว่า “สารเคมีชั่วนิรันดร์” (forever chemicals) เช่น PFAS ที่เมื่อปนเปื้อนสู่สิ่งแวดล้อม จะคงอยู่ได้นานนับพันปี

จากสมบัติต่างๆ เหล่านี้ของมอฟส์ ทำให้เกิดโอกาสในการพัฒนาเพื่อนำเอามอฟส์มาประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ด้วยเป้าหมายที่จะลดผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศของโลกที่เรากำลังเผชิญอยู่

ทีมวิจัยจาก กลุ่มวิจัยการเร่งปฏิกิริยาระดับนาโนการดูดซับและการคำนวณ (NCAS) นาโนเทค สวทช. เองก็วิจัยและพัฒนาเรื่องมอฟส์อย่างต่อเนื่อง ยกตัวอย่าง ดร. ชลิตา รัตนเทวะเนตร จากทีมวิจัยนาโนเทคโนโลยีเพื่อสิ่งแวดล้อม (ENV) มุ่งเน้นการพัฒนา MOFs สำหรับการปรับปรุงคุณภาพอากาศและน้ำ

ตัวอย่างเช่น การพัฒนา MOFs สำหรับดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2), สารระเหยอินทรีย์ (VOCs) และไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) ซึ่งเป็นก๊าซมลพิษสำคัญต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของมนุษย์ รวมถึงการพัฒนา MOFs สำหรับบำบัดน้ำเสียและน้ำประปา เช่น การดูดซับยาปฏิชีวนะ โลหะหนัก และการกำจัดสาร dichloroacetic acid (DCAA) ซึ่งเป็นสารก่อมะเร็งที่มักพบในระบบน้ำประปา

นอกจากนี้ ทีมวิจัยยังให้ความสำคัญกับการผลิต MOFs โดยใช้แนวคิดเศรษฐกิจหมุนเวียน (Circular Economy) เพื่อหมุนเวียนวัสดุเหลือใช้กลับมาใช้ประโยชน์ เช่น การย่อยสลายขวดน้ำดื่มพลาสติกเพื่อนำมาใช้แทนสารอินทรีย์ลิแกนด์ (organic ligand) ซึ่งเป็นสารตั้งต้นสำคัญในการสังเคราะห์ MOFs หลายชนิดรวมถึงการสังเคราะห์ MOFs จากโลหะที่ได้จากของเสียอุตสาหกรรม เช่น mill scale จากอุตสาหกรรมเหล็ก และโลหะจากน้ำยากัดแผงวงจรพิมพ์ ทั้งนี้ ทีมได้พัฒนาระบบการสังเคราะห์แบบต่อเนื่อง (continuous synthesis system) ควบคู่ไปกับการปรับกระบวนการผลิตตามหลักการเคมีสีเขียว (green chemistry) เพื่อให้สามารถขยายกำลังการผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ พร้อมลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากกระบวนการผลิตไปพร้อมกัน ในด้านการใช้งาน ทีมวิจัยได้ออกแบบการขึ้นรูป MOFs ในหลากหลายรูปแบบเพื่อให้เหมาะสมกับการประยุกต์ใช้จริงในอุตสาหกรรม เช่น การขึ้นรูปเป็นเม็ด การเคลือบบนวัสดุรองรับ (support) และการขึ้นรูปเป็นเมมเบรนในลักษณะแผ่นหรือท่อกลวง ซึ่งช่วยให้ MOFs สามารถนำไปใช้งานได้สะดวก มีความทนทาน และมีประสิทธิภาพในการดูดซับหรือกรองสารปนเปื้อนได้ดียิ่งขึ้น

หรือ ดร. บุญรัตน์ รุ่งทวีวรนิตย์ จากทีมวิจัยตัวเร่งปฏิกิริยา (CAT) ซึ่งทำงานต่อยอดจากงานวิจัยในระดับปริญญาเอก ในแล็บของ Prof. Omar Yaghi ในการออกแบบ และสังเคราะห์ MOFs ชนิดใหม่ที่มีคุณสมบัติที่เหมาะสมสำหรับการดักจับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ไอน้ำ และแก๊สโลกร้อนอื่นๆ การพัฒนากระบวนการผลิต MOFs และเทคนิคการขึ้นรูป MOFs ทั้งในรูปแบบการอัดรีด (extrusion) ที่มีต้นทุนต่ำ รวมไปถึงการเคลือบผิว โดยกระบวนการเหล่านี้สามารถทำได้ในระดับหลายสิบกิโลกรัม เพื่อรองรับการใช้งานในระดับอุตสาหกรรม
ปัจจุบัน งานวิจัยนี้อยู่ระหว่างการพัฒนาต้นแบบภาคสนามสำหรับการดักจับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จากแก๊สไอเสียจริงจากภาคอุตสาหกรรม นอกจากนี้ ยังมีการพัฒนากระบวนการวิเคราะห์เชิงลึกด้วยเทคนิคต่างๆ เพื่อให้มั่นใจว่า วัสดุที่พัฒนาขึ้นสามารถใช้งานได้จริง

#MOFs #NobelPrizeinChemistry2025 #innovatedbyNANOTEC #NANOTEC #NSTDA #MHESI