Прочная супергидрофобная/суперолеофильная меламиновая пена на основе биомассы.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 4515 (2023) Цитировать эту статью

1635 Доступов

3 Альтметрика

Подробности о метриках

В настоящем исследовании разработаны два экологически чистых супергидрофобных/суперолеофильных рециклируемых адсорбента на пенистой основе для разделения нефтеводяных смесей. Иерархически полученный из биомассы (сельдерея) пористый углерод (ПК) и многостенные углеродные нанотрубки (MWCNT) были впервые синтезированы и нанесены на чистую меламиновую пену (MF) с помощью простого метода нанесения покрытия путем комбинирования силиконового клея для создания супергидрофобных/суперолеофильных, перерабатываемая и многоразовая трехмерная пористая структура. Полученные образцы имеют большую удельную поверхность 240 м2/г (МУНТ), 1126 м2/г (ПК) и хороший микромезопористый каркас. Значения угла контакта с водой (WCA) свежеприготовленных пен PC/MF и MWCNT/MF не только составляли 159,34° ± 1,9° и 156,42° ± 1,6° соответственно, но также имели равный угол контакта с маслом (OCA). до 0° для широкого спектра масел и органических растворителей. Таким образом, ПК/МФ и МУНТ/МФ проявляют свойства супергидрофобности и суперолеофильности, которые можно считать эффективными адсорбентами при разделении смесей нефти и воды. В этом контексте было показано, что супергидрофобные/суперолеофильные пены, приготовленные для различных масел и органических растворителей, имеют превосходные диапазоны эффективности разделения 54–143 г/г и 46–137 г/г для ПК/МФ и МУНТ/МФ соответственно. предложение нового эффективного пористого материала для отделения разливов нефти. Кроме того, выдающаяся пригодность к вторичной переработке и возможность повторного использования этих структур в десяти циклах адсорбции-сжатия указывает на то, что WCA и сорбционная емкость существенно не изменились после вымачивания в кислых (pH = 2) и щелочных (pH = 12), а также в физиологическом растворе (3,5%). NaCl) растворы. Что еще более важно, возможность повторного использования и химическая стойкость супергидрофобных образцов сделали их хорошими возможностями для использования в различных суровых условиях для ликвидации разливов нефти.

Химические сбросы сточных вод, содержащих органические растворители, привели к загрязнению органических ресурсов, серьезному экологическому ущербу и гибели различных видов1,2,3,4,5,6. Многочисленные методы удаления и восстановления масел и органических растворителей из воды уже очень давно привлекают большое внимание. Обычно используемые методы очистки включают адсорбцию, скимминг, химическое диспергирование, биоремедиацию, использование химических средств обработки, центрифугирование, фильтрацию и методы сжигания на месте, которые подразделяются на три основные категории: физические, химические и биологические7,8,9,10. ,11. Эти упомянутые методы в основном имеют такие недостатки, как перенос загрязняющих веществ из одной фазы в другую, высокая стоимость, низкая эффективность, затраты времени и энергии, а также растрата человеческих и материальных ресурсов12,13,14. Снятие нефтесбора является одним из наиболее распространенных методов, но он имеет высокую стоимость, а эффективность отделения нефти от воды неудовлетворительна. Поэтому необходимость изучения высокоэффективного подхода к отделению нефти от воды важнее, чем когда-либо.

Использование физических методов на основе пористых супергидрофобных/суперолеофильных структур с высокой селективностью предложено как один из наиболее эффективных и простых высокоэффективных методов разделения маслянистых соединений из водных сред15,16,17. Двумерные и трехмерные материалы в различных формах, такие как ткани, мембраны, сетки, губки, пены и наночастицы, могут использоваться в пористых структурах для отделения масел или органических растворителей от воды10,18,19,20,21, 22,23. Двумерные пористые вещества, такие как ткани, мембраны и металлические сетки, обладают меньшей сорбционной способностью, чем трехмерные пористые материалы, такие как пены, губки и аэрогели. Трехмерные пористые структуры с уникальной смачиваемостью (супергидрофобная/суперолеофильная или супергидрофильная/суперолеофобная) могут полностью отталкивать одну фазу и адсорбировать другую фазу благодаря высокой пористости, большой площади поверхности и низкой плотности при воздействии смеси воды и нефти24,25,26. 27. Кроме того, губки и пенопласты хорошо перерабатываются благодаря своей эластичности, что подходит для крупномасштабной очистки нефтесодержащих сточных вод28,29. Поэтому эти супергидрофобные/суперолеофильные структуры более важны в области очистки нефтесодержащих сточных вод.