Espuma de melamina superhidrofóbica/superoleofílica durável baseada em biomassa

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 4515 (2023) Citar este artigo

1635 Acessos

3 Altmétrica

Detalhes das métricas

No presente estudo, desenvolveu-se a fabricação de dois adsorventes à base de espuma recicláveis ​​superhidrofóbicos/superoleofílicos ecologicamente corretos para separação de misturas óleo/água. Hierarquicamente, o carbono poroso (PC) derivado de biomassa (aipo) e o nanotubo de carbono de paredes múltiplas (MWCNT) foram primeiro sintetizados e carregados em espuma de melamina pura (MF) pela abordagem simples de revestimento por imersão, combinando adesivo de silicone para criar superhidrofóbicos/superoleofílicos, estrutura porosa tridimensional reciclável e reutilizável. As amostras preparadas têm uma grande área de superfície específica de 240 m2/g (MWCNT), 1126 m2/g (PC) e boas estruturas micro-mesoporosas. Os valores do ângulo de contato com a água (WCA) das espumas conforme preparadas, PC/MF e MWCNT/MF, não foram apenas 159,34° ± 1,9° e 156,42° ± 1,6°, respectivamente, mas também tiveram um ângulo de contato com o óleo (OCA) igual a 0° para uma ampla gama de óleos e solventes orgânicos. Portanto, PC/MF e MWCNT/MF exibiram propriedades de superhidrofobicidade e superoleofilicidade, que podem ser considerados adsorventes eficazes em separações de misturas óleo/água. Neste contexto, espumas superhidrofóbicas/superoleofílicas preparadas para diferentes tipos de óleos e solventes orgânicos mostraram ter faixas de desempenho de separação superiores de 54–143 g/ge 46–137 g/g para PC/MF e MWCNT/MF, respectivamente, sugerindo um novo material poroso eficaz para separar derramamentos de óleo. Além disso, a excelente reciclabilidade e reutilização dessas estruturas nos dez ciclos de compressão de adsorção indicaram que o WCA e a capacidade de sorção não mudaram apreciavelmente após imersão em ácido (pH = 2) e alcalino (pH = 12), bem como solução salina (3,5% NaCl) soluções. Mais importante ainda, a reutilização e a durabilidade química das amostras superhidrofóbicas as tornaram boas oportunidades para uso em diferentes condições adversas para limpeza de derramamento de óleo.

Descargas químicas causadas por águas residuais contendo solventes orgânicos levaram à poluição de recursos orgânicos, danos ecológicos graves e perda de várias espécies1,2,3,4,5,6. Numerosas técnicas para a remoção e recuperação de óleos e solventes orgânicos da água têm atraído muita atenção por muito tempo. Os métodos de limpeza comumente usados ​​incluem adsorção, desnatação, dispersão química, biorremediação, uso de agentes de tratamento químico, centrifugação, filtração e métodos de queima in-situ classificados em três categorias principais: físico, químico e biológico7,8,9,10 ,11. Esses métodos citados apresentam principalmente desvantagens como transferência de poluentes de uma fase para outra, alto custo, baixa eficiência, consumo de tempo e energia e desperdício de recursos humanos e materiais12,13,14. A desnatação é um dos métodos mais utilizados, porém tem alto custo e a eficiência de separação do óleo da água é insatisfatória. Portanto, a necessidade de explorar uma abordagem altamente eficiente para separar o óleo da água é mais importante do que nunca.

O uso de métodos físicos baseados em estruturas porosas superhidrofóbicas/superoleofílicas com alta seletividade tem sido proposto como um dos métodos de separação mais eficazes e diretos de alta eficiência para separar compostos oleosos de ambientes aquosos15,16,17. Materiais bidimensionais e tridimensionais em várias formas, como tecidos, membranas, malhas, esponjas, espumas e nanopartículas, podem ser usados ​​em estruturas porosas para separar óleos ou solventes orgânicos da água10,18,19,20,21, 22,23. Substâncias porosas bidimensionais, como tecidos, membranas e malhas metálicas, têm uma capacidade de sorção menor do que materiais porosos tridimensionais, como espumas, esponjas e aerogéis. Estruturas porosas tridimensionais com molhabilidade única (superhidrofóbicas/superoleofílicas ou superhidrofílicas/superoleofóbicas) podem repelir completamente uma fase e adsorver outra fase devido à alta porosidade, grande área superficial e baixa densidade quando expostas à mistura de água e óleo24,25,26, 27. Além disso, esponjas e espumas apresentam boa reciclabilidade devido à sua elasticidade, o que é adequado para tratamento em larga escala de efluentes oleosos28,29. Essas estruturas superhidrofóbicas/superoleofílicas são, portanto, mais significativas no campo do tratamento de águas residuais oleosas.