Сочинение на тему Функционализация меламиновой губки, чтобы сделать ее олеофобной
- Опубликовано: 26.09.2020
- Предмет: Бизнес
- Темы: Косметология, Промышленность
Эффективное разделение водонефтяных смесей и эмульсий является проблемой во всем мире из-за растущего производства промышленных нефтесодержащих сточных вод и частых разливов нефти, возникающих в результате промышленных аварий и затопления нефтяных танкеров и других судов. В 2010 году в результате взрыва нефтяной платформы BP Deepwater Horizon в Мексиканский залив было сброшено 210 миллионов галлонов нефти.
Традиционные методы разделения нефти и воды, такие как воздушное плавание, гравитационное разделение в сочетании со скиммингом, маслоабсорбирующими материалами, коагуляция и флокуляция, ограничены и не эффективны для разделения эмульсий, что делает необходимым дальнейшую обработку. Следовательно, поверхностный синтез суперолеофобных или супергидрофобных материалов привлекает большое внимание промышленности.
В результате возникает необходимость в разработке новых материалов, которые позволили бы эффективно разделять масло / воду, с низкими затратами и высокой селективностью. В последнее время материалы, обладающие как супергидрофобными, так и суперолеофильными свойствами, привлекли широкое внимание из-за их способности обеспечивать эффективное отделение масел, органических загрязнителей и других гидрофобных органических растворителей от воды. Хотя такие ранее разработанные материалы могут быть эффективными агентами для отделения масла от воды, они легко загрязняются или даже засоряются маслами из-за их собственной олеофильности. Кроме того, поскольку вода, как правило, более плотная, чем нефть, она имеет тенденцию оседать ниже масляной фазы, образуя барьерный слой над разделительным материалом и препятствуя проникновению масла в него. Соответственно, материалы, обладающие супергидрофобностью и суперолеофильностью, не подходят для разделения богатых водой смесей масло / вода или эмульсий масло-в-воде.
Вдохновленный смачиванием рыбьей чешуи, стало возможным создавать подводные суперолеофобные поверхности в трехфазных системах нефть / вода / твердое тело. Разработка простых, недорогих, экологически чистых и легко масштабируемых процессов изготовления супергидрофильных и подводно-олеофобных материалов может привести к более практичному, альтернативному и выполнимому подходу для разделения нефти и воды.
<Р> олеофобность
Олеофобность – это явление, при котором материал не позволяет маслу растекаться по нему, т.е. угол контакта масла с материалом составляет> 90 °. Однако олеофобные материалы не обеспечивают полного несмачивания в материале.
Чтобы обеспечить полное отсутствие смачивания, угол контакта между материалом и маслом должен быть> 150 °. Это известно как суперолеофобный материал.
ОТНОШЕНИЕ МЕЖДУ ОБЛАСТОМ КОНТАКТА, ПОВЕРХНОСТЬЮ ПОВЕРХНОСТИ ОЛЕОФОБИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ
Это уравнение Кэсси-Бакстера для угла контакта масла в системе масло / вода / твердое тело с шероховатой поверхностью, где доля площади твердого тела, угол контакта капли масла на гладкой поверхности в воде, контакт угол капли масла на шероховатой поверхности в воде
Меньшая доля площади указывает на меньшую возможность контакта капли масла с твердой поверхностью и больший угол смазывания масла в воде. Меламиновые губки имеют очень шероховатую поверхность, что указывает на довольно малую долю площади твердого тела и большой угол контакта масла.
Это уравнение Юнга для угла контакта масла в воде на плоской поверхности, где
? OA: натяжение поверхности раздела масло / воздух
? OA: угол контакта масла в воздухе
? WA: натяжение поверхности раздела вода / воздух
? WA: угол контакта воды в воздухе
? OW: натяжение поверхности раздела масло / вода
? OW: угол контакта масла в воде
Поскольку поверхностное натяжение масла и органических жидкостей намного ниже, чем у воды, мы видим, что гидрофильные поверхности в воздухе могут стать олеофобными в воде. Меламиновая губка стала суперолеофобной при погружении в воду. Подводные капли масла были почти сферическими на поверхности меламиновой губки и имели большие углы контакта (> 150 °). Грубая структура поверхности и супергидрофильность меламиновой губки в сочетании приводят к особой смачиваемости, характеризующей трехфазную систему масло / вода / твердое вещество.
Меламиновая губка
Меламиновая губка представляет собой коммерчески доступный трехмерный пористый материал, состоящий из сополимера формальдегид-меламин-натрий-бисульфит. Эти губки проявляют супергидрофильность и суперолеофильность. Меламиновые губки, предварительно смоченные водой, обладают супергидрофильностью и суперолеофобностью и могут быть использованы для эффективного отделения масла от воды.
Wang et al. представил простой и недорогой метод погружения для изготовления меламиновой губки, модифицированной супергидрофильным и подводным суперолеофобным поливинилпирролидоном (PVP).
Меламиновые губки являются коммерчески доступными трехмерными пористыми материалами, проявляющими супергидрофильность и подводную суперолеофобность.
При погружении в раствор PVP для повышения его олеофобности приготовленная модифицированная меламиновая губка демонстрирует высокую способность к разделению, что позволяет непрерывно разделять смеси масла и воды в течение до 12 часов без какого-либо увеличения содержания масла в фильтрате.
Превосходные характеристики меламиновой губки, модифицированной PVP, при разделении масла / воды и ее приготовление с помощью промышленного способа позволяют предположить, что она потенциально применима как в академических, так и в промышленных условиях.
Поведение неочищенной губки
Когда на поверхность необработанной меламиновой губки помещалась капля воды, она мгновенно растекалась и проникала в нее, в результате чего угол контакта составлял примерно 0 °. Такая же ситуация произошла при использовании капли масла. Оба процесса были завершены в течение 1 с, что указывает на гидрофильность и олеофильность меламиновой губки в воздухе.
Меламиновая губка стала суперолеофобной при погружении в воду. Когда мы погрузили меламиновую губку в воду, вода попала в ее грубую микроструктуру (на каркасе губки образовался водный слой), которая затем образовала поверхность раздела масло / вода / твердое соединение в присутствии масла. Захваченные молекулы воды значительно уменьшили площадь контакта между маслом и поверхностью губки, что привело к большому углу контакта масла.
Предварительно смоченная губка показала аналогичное поведение для других органических растворителей, таких как н-гексан, дизельное топливо и изооктан.
Эксперимент по разделению нефти и воды, проводимый только под действием силы тяжести, был проведен, когда губка была закреплена между двумя стеклянными трубками, а затем смесь масла и воды (1: 2 по объему) была залита в верхнюю трубку. Вода быстро прошла через предварительно смоченную меламиновую губку и вошла в стакан ниже. Между тем все масло оставалось над губкой из-за подводной суперолеофобности предварительно смоченной меламиновой губки. Поток был довольно высоким.
ПРОБЛЕМА С СЫРОМ ГУБКОЙ
В экспериментах по непрерывному разделению масла и воды для смесей дизель / вода дизельное топливо проникает через меламиновую губку в течение 3 минут.
Сырая губка не смогла разделить эмульсии.
НЕОБХОДИМАЯ МОДИФИКАЦИЯ ДЛЯ ГИБКОЙ
Меламиновая губка была модифицирована поливинилпирролидоном (PVP) для повышения его олеофобности следующим способом.
Поливинилпирролидон (PVP) (C6H9NO) n представляет собой водорастворимый полимер. Растворим в воде и других полярных растворителях. Он проявляет превосходные смачивающие свойства в форме раствора и образует пленки. Следовательно, его можно использовать в качестве покрывающего агента или в качестве добавки для обеспечения хорошего покрытия.
Кусок сырой губки замачивали в 1,0 мас.% водном PVP в течение 30 мин. Обработанный образец сушат при 85 ° С. Затем его отверждали при 150 ° С в течение 5 минут. Полученный образец несколько раз промывали горячей (50 ° С) водой. В процедуре сжатия для экспериментов по разделению эмульсии губку, модифицированную PVP, прессовали в компактную форму.
ХАРАКТЕРИСТИКА МОДИФИЦИРОВАННОЙ ГУБКИ
Модифицированная меламиновая губка сохранила микроструктуру первичной меламиновой губки.
FESEM-изображения нетронутой губки показали, что поверхность волокон в нетронутой меламиновой губке была достаточно гладкой и ровной.
После обработки PVP изображения FESEM показали, что на этих волокнах произошло какое-то осаждение. Это осаждение сделало волокна довольно шероховатыми по своей природе, что значительно увеличивает олеофобность, учитывая уравнение Кэсси-Бакстера и уравнение Юнга, как упомянуто выше.
Поскольку используемый водный раствор PVP был очень разбавленным (1,0 мас.%), любой эффект осаждения виден только на уровне микроструктуры. Несмотря на отложение, морфология была в основном сохранена в модифицированной губке от исходного состояния.
Для дальнейшей проверки покрытия на волокнах модифицированной губки была проведена инфракрасная спектроскопия с Фурье-преобразованием (FTIR) на необработанной губке и модифицированной губке для сравнения. В спектре модифицированной губки появился пик при 1654 см-1, который присваивается группам C = O PVP. Этот пик отсутствует в спектре необработанной губки.
Следовательно, мы можем сказать, что грубое покрытие на модифицированной губке, как видно на изображениях FESEM, является PVP. Он успешно прилип к поверхности волокна губки.
РАСШИРЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ НА СЛЕДУЮЩЕМ
<Р> МОДИФИКАЦИЯ
Используя меламиновую губку, модифицированную PVP, мы могли проводить непрерывное разделение смесей дизель / вода и н-гексадекан / вода в течение до 12 часов, при этом в собранной воде не было масла в течение всего процесса, что свидетельствует об эффективности разделение смеси масла и воды с использованием модифицированной губки.
Наблюдалось успешное разделение нескольких смесей масло / вода и органический растворитель / вода, включая смеси, содержащие н-гексадекан, изооктан и дизельное топливо. Мы выполнили тест на постоянное разделение масла и воды, непрерывно добавляя воду в верхнюю стеклянную трубку, поддерживая высоту смеси масло / вода на уровне 7 см. Отсутствие содержания масла в фильтрате дополнительно продемонстрировало прочность и противообрастающие свойства меламиновой губки. Смеси масло / вода, включая смеси, содержащие н-гексан, н-гексадекан и изооктан, могут разделяться в этих испытаниях непрерывного разделения в течение периода времени, по меньшей мере, 1 ч, при этом также сохраняя высокое значение потока (L м-2 ч-1) .
Это только еще раз доказывает, что PVP, нанесенный на губку, очень прочно прикреплен к хлопковому волокну и служит своей цели, улучшая шероховатость для повышения олеофобности.
РАЗДЕЛЕНИЕ ЭМУЛЬСИИ
Эмульгированное масло в сточных водах также является серьезной экологической проблемой, затрагивающей целый ряд отраслей. Прямой сброс таких сточных вод наносит вред окружающей среде и здоровью людей. Из-за своих больших пор (> 50 мкм) сырая меламиновая губка может отделять только свободные смеси масла и воды; он не мог отделить эмульсии масло-в-воде, где типичный размер капель составляет менее 20 мкм. Модифицированную меламиновую губку можно успешно использовать для отделения эмульгированного масла / воды после применения простого процесса сжатия.
По сравнению с исходной губкой морфология поверхности изменилась так, что поры имели меньшие диаметры и чтобы скелет меламиновой губки был упакован более компактно. Увеличение шероховатости поверхности также помогло в более эффективной олеофобной природе. Эта сжатая модифицированная меламиновая губка также обладала высокой эффективностью при отделении стабилизированных поверхностно-активными веществами эмульсий масло-в-воде. Вода постоянно проникала через губку, вызывая деэмульгирование капель эмульсии, оставляя после себя масло.
Был разработан упрощенный и недорогой способ изготовления меламиновой губки, модифицированной PVP, которая обладает супергидрофильностью и суперолеофобностью под водой. Этот материал должен иметь практическое применение для эффективного разделения несмешивающихся с водой несмешиваемых смесей нефти и воды с чрезвычайно высокой эффективностью разделения и способностью разделения. Меламиновая губка, модифицированная PVP, показала отличные противообрастающие свойства при длительном использовании. Кроме того, после выполнения простого процесса сжатия эта модифицированная губка позволила эффективно разделить эмульсии типа «масло в воде», не содержащие поверхностно-активных веществ, и стабилизированные с высокой эффективностью разделения. Этот вид губки является перспективным материалом-кандидатом для использования при очистке сточных вод, производимых в промышленности и в быту.
ЦИФРОВОЙ РЫНОК ДЛЯ ТОРГОВЛИ И РЕКЛАМЫ Ценность электронной коммерции через создание онлайн-рынков огромна для развивающихся стран, таких как Зимбабве, поскольку она может поддержать развитие местной
Джинсовая ткань – это прочная прочная хлопчатобумажная ткань из твила, сплетенная из цветной основы и нитей с белым наполнителем. С технической точки зрения, джинсовая ткань
Оффшорная инженерия – это та отрасль машиностроения, которая занимается проектированием и строительством конструкций среди океанов. Эти конструкции должны находиться в стационарном положении и должны быть