10 электромобилей, на которых нам не терпится покататься
May 16, 202310 способов, которыми Toyota Camry 2024 года встряхнет рынок
May 18, 202314 лучших пятновыводителей для одежды 2023 года по мнению экспертов
Jul 07, 202315 лучших предложений Walmart августа 2023 года: распродажи Dyson и Apple
Aug 02, 2023Хонда CR 2019 года
May 22, 2023Исследование прививки силанового связующего агента на супергидрофобность частиц карбонильного железа/SiO2 для эффективного разделения смеси нефти и воды и разделения эмульсий.
Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 788 (2023) Цитировать эту статью
1244 доступа
5 цитат
5 Альтметрика
Подробности о метриках
Настоящее исследование продемонстрировало смачивающие свойства прививки силанового связующего агента на частицы карбонильного железа (CI)/SiO2 для эффективного разделения смеси масла и воды и разделения эмульсии. Частицы CI сначала подвергались реакции с тетраэтоксисиланом (ТЭОС) для создания магнитного компонента. Затем частицы CI/SiO2 были модифицированы 1H,1H,2H,2H-перфтордецилтриэтоксисиланом (FAS) и гексаметилдисилазаном (HDMS) для создания магнитных супергидрофобных/суперолеофильных, пригодных для вторичной переработки и многократного использования порошков сорбентов. Значения угла контакта с водой (WCA) свежеприготовленных частиц, CI, CI/SiO2, CI/SiO2@FAS и CI/SiO2@HMDS, составляли 5,4° ± 1,3°, 6,4° ± 1,4°, 151,9° ± 2,1° и 170,1° ± 1,1° соответственно. Кроме того, было обнаружено, что углы контакта масла (OCA) различных масел эквивалентны 0°. Таким образом, супергидрофобные/суперолеофильные частицы для разных видов масел показали сорбционную емкость 1,7–3,1 г/г и 2,5–4,3 г/г для CI/SiO2@FAS и CI/SiO2@HMDS соответственно. Кроме того, при эффективности разделения эмульсии гексан/вода с концентрацией 1% по массе выше 99% наименьшая масса была получена при 50 и 200 мг для CI/SiO2@HDMS и CI/SiO2@HDMS соответственно, что указывает на новый эффективный материал для отделение крошечных капель масла. Кроме того, возможность повторного использования и химическая стойкость супергидрофобных образцов сделали их главным кандидатом для использования в различных суровых условиях.
В современном мире количество образующихся сточных вод резко увеличивается из-за развития различных трудолюбивых и быстро развивающихся групп населения во всем мире1,2,3,4. Сброс промышленных сточных вод и разливы нефти в морской среде не только угрожают экосистемам и здоровью человека, но и уничтожают широкий спектр природных ресурсов Земли, что побуждает исследователей разрабатывать упреждающие, радикальные и ориентированные на решения стратегии для смягчения этих серьезных экологических проблем5,6 ,7. На сегодняшний день для разделения нефти и воды произведено множество материалов с различными свойствами. Синтезированные материалы для разделения должны обладать необходимыми поверхностными качествами, такими как высокая площадь поверхности, высокая смачиваемость или супергидрофобность, хорошая долговечность и т. д.8,9,10,11,12,13.
Смачивающие и противосмачивающие свойства твердых поверхностей являются одним из наиболее распространенных природных явлений, которые мы широко наблюдаем в окружающей среде, подобно росе на растениях или каплям воды на крыльях некоторых видов насекомых, искусственный тип которых впервые был представлен как Суперанти-смачивающее средство от Ollivier14. Супергидрофобная поверхность с высоким кажущимся углом смачивания (> 150°) обычно используется в виде сетчатых и пористых материалов для разделения нефти и воды15. Эти материалы страдают некоторыми недостатками, включая трудоемкие процессы синтеза, высокую стоимость и низкую эффективность, которые считаются препятствиями для их промышленного применения9,16,17,18,19. Следовательно, разработка простых, масштабируемых и недорогих методов изготовления имеет большое значение для коммерческого масштаба проектов разделения9. Большинство проведенных исследований по вопросам гидрофобности касались методов и процессов изготовления, теорий, лежащих в основе уникальной смачиваемости и несмачиваемости, а также их применения14.
Были внедрены различные методы и стратегии для изготовления различных материалов с превосходной супергидрофобностью, такие как химическое осаждение из паровой фазы20, фазовое разделение21, послойная сборка, электропрядение22, коллоидная сборка23, химическое травление24 и т. д.25,26. С точки зрения механизма силаны, не имеющие гидролизуемых групп, такие как Si-Cl, Si-OCH3, Si-OCH2CH3 и Si-NH-Si, реагируют с водой с образованием силанолов, которые затем присоединяются к гидроксильным группам на поверхность материалов. Некоторые из наиболее важных факторов, которые следует учитывать при производстве и модификации супергидрофобных материалов, включают шероховатость поверхности и низкую поверхностную энергию материалов25. Органические материалы с супергидрофобностью обычно имеют форму порошка или трехмерных пористых губок для разделения воды и масла27. Кроме того, их можно производить в виде пористых плоских пленок или с сетчатым покрытием28. Нержавеющая сталь (SS) и медь, наиболее распространенные металлические сетчатые подложки, могут быть модифицированы и превращены в супергидрофобные адсорбенты15. Поверхности с иерархической микро- и наношероховатостью изготавливаются различными методами, такими как кислотная эрозия, коллоидная сборка, шероховатая полимерная пленка, выращивание кристаллов и химическое осаждение из паровой фазы (CVD)15,29,30,31. В настоящее время для снижения поверхностной энергии используются алкилсиланы или перфторалкилсиланы, полимеры на основе ПДМС, тиолы, жирные кислоты с длинной алкильной цепью, перфторированные полимеры и т. д. Например, хлорсиланы, такие как 1H, 1H, 2H, 2H-перфтороктилдиметилхлорсилан (PFODMCS), диметилдихлорсилан (DMDCS) и 1H, 1H, 2H, 2H-перфтороктилтрихлорсилан (PFOTCS), могут легко придавать поверхностям супергидрофобные свойства14,32.