Schiuma melamminica durevole superidrofobica/superoleofila a base di biomassa

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 4515 (2023) Citare questo articolo

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Nel presente studio, sono state sviluppate la fabbricazione di due adsorbenti ecologici a base schiumosa superidrofobici/superoleofili riciclabili per la separazione di miscele olio/acqua. Gerarchicamente il carbonio poroso (PC) derivato dalla biomassa (sedano) e i nanotubi di carbonio a parete multipla (MWCNT) sono stati inizialmente sintetizzati e caricati su schiuma melamminica pura (MF) mediante il semplice approccio di rivestimento a immersione combinando adesivo siliconico per creare proprietà superidrofobiche/superoleofile, struttura porosa tridimensionale riciclabile e riutilizzabile. I campioni preparati hanno un'ampia area superficiale specifica di 240 m2/g (MWCNT), 1126 m2/g (PC) e buone strutture micro-mesoporose. I valori dell'angolo di contatto con l'acqua (WCA) delle schiume preparate, PC/MF e MWCNT/MF, non solo erano 159,34° ± 1,9° e 156,42° ± 1,6°, rispettivamente, ma avevano anche un angolo di contatto con l'olio (OCA) uguale a 0° per un'ampia gamma di oli e solventi organici. Pertanto, PC/MF e MWCNT/MF hanno mostrato proprietà di superidrofobicità e superoleofilicità, che possono essere considerate adsorbenti efficaci nelle separazioni di miscele olio/acqua. In questo contesto, è stato dimostrato che le schiume superidrofobiche/superoleofile preparate per diversi tipi di oli e solventi organici hanno intervalli di prestazioni di separazione superiori di 54–143 g/g e 46–137 g/g per PC/MF e MWCNT/MF, rispettivamente, suggerendo un nuovo materiale poroso efficace per separare le fuoriuscite di petrolio. Inoltre, l'eccezionale riciclabilità e riutilizzabilità di queste strutture nei dieci cicli di adsorbimento-spremitura hanno indicato che il WCA e la capacità di assorbimento non sono cambiati in modo apprezzabile dopo l'immersione in soluzioni acide (pH = 2) e alcaline (pH = 12) nonché saline (3,5% soluzioni di NaCl). Ancora più importante, la riutilizzabilità e la durabilità chimica dei campioni superidrofobici li hanno resi buone opportunità di utilizzo in diverse condizioni difficili per la pulizia delle fuoriuscite di petrolio.

Gli scarichi chimici causati da acque reflue contenenti solventi organici hanno portato all'inquinamento delle risorse organiche, a gravi danni ecologici e alla perdita di varie specie1,2,3,4,5,6. Numerose tecniche per la rimozione e il recupero di oli e solventi organici dall'acqua hanno attirato molta attenzione per molto tempo. I metodi di pulizia comunemente utilizzati includono adsorbimento, scrematura, dispersione chimica, biorisanamento, uso di agenti di trattamento chimico, centrifugazione, filtrazione e metodi di combustione in situ classificati in tre categorie principali: fisici, chimici e biologici7,8,9,10 ,11. Questi metodi menzionati presentano principalmente svantaggi come il trasferimento di sostanze inquinanti da una fase all'altra, costi elevati, bassa efficienza, consumo di tempo ed energia e spreco di risorse umane e materiali12,13,14. La scrematura è uno dei metodi più comunemente utilizzati, ma ha un costo elevato e l’efficienza della separazione del petrolio dall’acqua è insoddisfacente. Pertanto, la necessità di esplorare un approccio altamente efficiente per separare il petrolio dall’acqua è più importante che mai.

L'uso di metodi fisici basati su strutture porose superidrofobiche/superoleofile con elevata selettività è stato proposto come uno dei metodi di separazione ad alta efficienza più efficaci e semplici per separare composti oleosi da ambienti acquosi15,16,17. Materiali bidimensionali e tridimensionali in varie forme, come tessuti, membrane, reti, spugne, schiume e nanoparticelle, possono essere utilizzati in strutture porose per separare oli o solventi organici dall'acqua10,18,19,20,21, 22,23. Le sostanze porose bidimensionali, come tessuti, membrane e reti metalliche, hanno una capacità di assorbimento inferiore rispetto ai materiali porosi tridimensionali, come schiume, spugne e aerogel. Strutture porose tridimensionali con bagnabilità unica (superidrofoba/superoleofila o superidrofila/superoleofobica) possono respingere completamente una fase e adsorbire un'altra fase grazie all'elevata porosità, all'ampia area superficiale e alla bassa densità quando esposte a una miscela di acqua e olio24,25,26, 27. Inoltre, spugne e schiume hanno una buona riciclabilità grazie alla loro elasticità, adatta al trattamento su larga scala delle acque reflue oleose28,29. Queste strutture superidrofobiche/superoleofile sono quindi più significative nel campo del trattamento delle acque reflue oleose.