바이오매스 기반의 내구성이 뛰어난 초소수성/초친수성 멜라민 폼

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4515(2023) 이 기사 인용

1635 액세스

3 알트메트릭

측정항목 세부정보

본 연구에서는 오일/물 혼합물 분리를 위한 두 가지 친환경 초소수성/초친수성 재활용 가능한 폼 기반 흡착제 제작이 개발되었습니다. 계층적으로 바이오매스(셀러리) 유래 다공성 탄소(PC)와 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT)를 먼저 합성하고 실리콘 접착제를 결합하여 초소수성/초친유성을 생성하는 간단한 딥 코팅 방식을 통해 깨끗한 멜라민 폼(MF)에 로드했습니다. 재활용 및 재사용이 가능한 3차원 다공성 구조. 준비된 샘플은 240m2/g(MWCNT), 1126m2/g(PC)의 큰 비표면적과 우수한 미세 다공성 골격을 가지고 있습니다. 제조된 폼인 PC/MF 및 MWCNT/MF의 물 접촉각(WCA) 값은 각각 159.34° ± 1.9° 및 156.42° ± 1.6°일 뿐만 아니라 동일한 오일 접촉각(OCA)을 가졌습니다. 광범위한 오일 및 유기 용매의 경우 0°까지 가능합니다. 따라서 PC/MF와 MWCNT/MF는 초소수성 및 초친수성 특성을 나타내어 오일/물 혼합물 분리에 효과적인 흡착제로 간주될 수 있습니다. 이러한 맥락에서, 다양한 종류의 오일 및 유기 용매에 대해 초소수성/초친수성으로 제조된 폼은 PC/MF 및 MWCNT/MF에 대해 각각 54~143g/g 및 46~137g/g의 우수한 분리 성능 범위를 갖는 것으로 나타났습니다. 유출된 기름을 분리하는데 효과적인 새로운 다공성 물질을 제안합니다. 또한 10번의 흡착-압착 사이클에서 이러한 구조의 뛰어난 재활용성과 재사용성은 산성(pH = 2) 및 알칼리성(pH = 12) 및 식염수(3.5%)에 담근 후에도 WCA 및 흡착 용량이 눈에 띄게 변하지 않았음을 나타냅니다. NaCl) 용액. 더 중요한 것은 초소수성 샘플의 재사용성과 화학적 내구성으로 인해 기름 유출 청소를 위한 다양한 가혹한 조건에서 사용할 수 있는 좋은 기회가 생겼다는 것입니다.

유기용매를 함유한 폐수로 인한 화학물질 배출은 유기자원의 오염, 심각한 생태학적 피해, 다양한 종의 손실을 초래하고 있습니다1,2,3,4,5,6. 물에서 오일과 유기용매를 제거하고 회수하는 수많은 기술이 오랫동안 많은 관심을 받아왔습니다. 일반적으로 사용되는 정화 방법에는 흡착, 스키밍, 화학적 분산, 생물학적 정화, 화학적 처리제 사용, 원심분리, 여과 및 현장 소각 방법이 포함되며 물리적, 화학적, 생물학적 세 가지 주요 범주로 분류됩니다7,8,9,10 ,11. 언급된 방법은 주로 오염 물질을 한 단계에서 다른 단계로 이동시키는 것, 높은 비용, 낮은 효율성, 시간 및 에너지 소비, 인적 및 물적 자원 낭비와 같은 단점을 가지고 있습니다12,13,14. 스키밍(Skimming)은 가장 일반적으로 사용되는 방법 중 하나이지만 비용이 많이 들고, 물과 기름을 분리하는 효율이 만족스럽지 못하다. 따라서 물에서 기름을 분리하기 위한 매우 효율적인 접근 방식을 모색하는 것이 그 어느 때보다 중요합니다.

선택성이 높은 다공성 초소수성/초친수성 구조를 기반으로 하는 물리적 방법의 사용은 수성 환경에서 유성 화합물을 분리하기 위한 가장 효과적이고 간단한 고효율 분리 방법 중 하나로 제안되었습니다. 직물, 멤브레인, 메쉬, 스폰지, 폼, 나노입자 등 다양한 형태의 2차원 및 3차원 재료를 다공성 구조에 사용하여 물에서 오일이나 유기 용매를 분리할 수 있습니다10,18,19,20,21, 22,23. 직물, 멤브레인, 금속 메쉬와 같은 2차원 다공성 물질은 폼, 스폰지, 에어로겔과 같은 3차원 다공성 물질보다 흡수 능력이 낮습니다. 독특한 습윤성(초소수성/초친수성 또는 초친수성/초친수성)을 지닌 3차원 다공성 구조는 물과 오일 혼합물에 노출될 때 높은 다공성, 넓은 표면적 및 낮은 밀도로 인해 한 상을 완전히 밀어내고 다른 상을 흡착할 수 있습니다24,25,26, 27. 또한 스폰지와 폼은 탄력성이 있어 재활용성이 좋아 유성 폐수의 대규모 처리에 적합합니다28,29. 따라서 이러한 초소수성/초친수성 구조는 유성 폐수 처리 분야에서 더욱 중요합니다.