バイオマスをベースにした耐久性のある超疎水性/超親油性メラミンフォーム

Scientific Reports volume 13、記事番号: 4515 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

本研究では、油/水混合物分離用の 2 種類の環境に優しい超疎水性/超親油性のリサイクル可能な泡状吸着剤の製造を開発しました。 階層的にバイオマス (セロリ) 由来の多孔質カーボン (PC) と多層カーボン ナノチューブ (MWCNT) を最初に合成し、シリコーン接着剤を組み合わせて超疎水性/超親油性を作り出す単純なディップ コーティング アプローチによって、未加工のメラミン フォーム (MF) 上にロードしました。リサイクル・再利用可能な三次元多孔質構造。 調製されたサンプルは、240 m2/g (MWCNT)、1126 m2/g (PC) という大きな比表面積と、良好なマイクロメソポーラス構造を備えています。 調製したままのフォーム、PC/MF および MWCNT/MF の水接触角 (WCA) 値は、それぞれ 159.34° ± 1.9° および 156.42° ± 1.6° であっただけでなく、油接触角 (OCA) も同等でした。幅広い油および有機溶剤に対応します。 したがって、PC/MF および MWCNT/MF は超疎水性および超親油性の特性を示し、油/水混合物の分離において効果的な吸着剤と考えられます。 これに関連して、さまざまな種類の油および有機溶媒用に調製された超疎水性/超親油性フォームは、PC/MF および MWCNT/MF についてそれぞれ 54 ～ 143 g/g および 46 ～ 137 g/g の優れた分離性能範囲を有することが示されました。流出油を分離するための新しい効果的な多孔質材料を示唆しています。 また、10 回の吸着圧搾サイクルにおけるこれらの構造の優れたリサイクル性と再利用性は、酸性 (pH = 2) やアルカリ性 (pH = 12)、さらには生理食塩水 (3.5%) に浸した後でも、WCA と吸着容量がそれほど変化していないことを示しました。 NaCl）溶液。 さらに重要なことは、超疎水性サンプルの再利用性と化学的耐久性により、流出油の浄化のためにさまざまな過酷な条件で使用する良い機会となったことです。

有機溶剤を含む廃水によって引き起こされる化学物質の排出は、有機資源の汚染、深刻な生態系被害、およびさまざまな生物種の損失を引き起こしています1、2、3、4、5、6。 水から油や有機溶媒を除去し回収するための数多くの技術が、長い間注目を集めてきました。 一般的に使用される浄化方法には、吸着、スキミング、化学分散、バイオレメディエーション、化学処理剤の使用、遠心分離、濾過、および物理的、化学的、生物学的の 3 つの主要なカテゴリに分類される現場での燃焼方法が含まれます7、8、9、10。 、11． これらの言及された方法は、主に、汚染物質をある相から別の相に移動させること、高コスト、低効率、時間とエネルギーの消費、人的資源と物的資源の浪費などの欠点を抱えています12、13、14。 スキミングは最も一般的に使用される方法の 1 つですが、コストが高く、油と水を分離する効率も満足のいくものではありません。 したがって、水から油を分離するための高効率なアプローチを探求する必要性がこれまで以上に重要になっています。

高い選択性を備えた多孔質の超疎水性/超親油性構造に基づく物理的方法の使用は、水性環境から油性化合物を分離するための最も効果的で直接的な高効率分離方法の 1 つとして提案されています 15、16、17。 布地、膜、メッシュ、スポンジ、フォーム、ナノ粒子など、さまざまな形の二次元および三次元の材料を多孔質構造で使用して、油または有機溶媒を水から分離できます10、18、19、20、21。 22、23。 布地、膜、金属メッシュなどの二次元多孔質物質は、発泡体、スポンジ、エアロゲルなどの三次元多孔質物質よりも吸着能力が低くなります。 独特の湿潤性（超疎水性/超親油性または超親水性/超疎油性）を持つ三次元多孔質構造は、水と油の混合物にさらされると、高い多孔性、大きな表面積、低密度により、ある相を完全に反発し、別の相を吸着することができます24、25、26。 27. また、スポンジやフォームは弾性があるためリサイクル性に優れており、大規模な油性廃水の処理に適しています28,29。 したがって、これらの超疎水性/超親油性構造は、油性廃水の処理分野においてより重要です。