Assorbente magnetico superidrofobico mediante modifica superficiale della formazione di ferro a bande per il trattamento delle acque oleose

Jul 30, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 11016 (2022) Citare questo articolo

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Nel presente studio, è stato utilizzato un semplice metodo di rivestimento a secco per fabbricare una polvere supermagnetica superidrofobica (ZS@BIF) per la purificazione dell'acqua oleosa utilizzando stearato di zinco (ZS) e formazione di ferro fasciato (BIF). Il composito prodotto è stato completamente caratterizzato come assorbente magnetico per il trattamento delle acque oleose. I risultati del diffrattometro a diffrazione di raggi X (XRD), dell’infrarosso a trasformata di Fourier (FTIR), della spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS), del microscopio elettronico a scansione (SEM), della spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (EDS) e dell’analisi delle dimensioni delle particelle hanno rivelato la fabbricazione di particelle composite idrofobe-magnetiche omogenee con struttura nucleo-guscio. I risultati dell'angolo di contatto e della suscettibilità magnetica hanno mostrato che 4 (BIF): 1 (Zs) era il rapporto di copertura ideale per rendere il materiale del nucleo superidrofobico e preservarne la natura ferromagnetica. La capacità del composito fabbricato di assorbire. Sono stati valutati l'acetato di n-butile, il cherosene e il cicloesano dal sistema olio-acqua. Il composito ZS@BIF ha mostrato un'affinità maggiore per adsorbire il cicloesano rispetto all'acetato di n-butile e al cherosene con una capacità di adsorbimento massima di circa 22 gg−1 e un'efficienza di rimozione del 99,9%. Inoltre, circa il 95% degli oli adsorbiti è stato recuperato (desorbito) con successo mediante evaporatore rotante e il composito ZS@BIF rigenerato ha mostrato un'elevata riciclabilità su dieci cicli ripetuti.

Le fuoriuscite di petrolio si sono verificate a causa di disastri naturali, attività umane o errori industriali, danneggiano le risorse idriche e causano elevati rischi ambientali. Questo tipo di inquinamento ha attirato l'attenzione della comunità di ricerca che ha sviluppato diverse procedure per il controllo dell'inquinamento e il recupero delle fuoriuscite di petrolio1,2,3,4. Ad esempio, quando si formano fuoriuscite di petrolio, un sottile strato di petrolio ricopre un’ampia superficie dell’acqua, distruggendo la vita marina5. Inoltre, il controllo e il recupero delle fuoriuscite di petrolio sono costosi e molte tecniche di pulizia non consentono il recupero completo del petrolio dall'acqua5. Vari percorsi di separazione olio/acqua includono barriere, schiumatoi, assorbenti, disperdenti, combustione in situ, biorisanamento e nanocompositi magnetici6,7,8,9. Le nuove tendenze nella separazione olio/acqua considerano alcuni punti essenziali tra cui la bagnabilità superficiale (grado di idrofobicità), la porosità e la rugosità di numerose superfici di filtrazione/assorbimento. I materiali di separazione con superfici modificate sono solitamente fabbricati in diverse forme come reti10,11, tessuti12,13,14, schiume15,16, spugne17,18,19, pellicole20 e membrane21. Onestamente, la maggior parte dei materiali utilizzati nei metodi precedenti, come polipropilene, idrazina idrata e ossido di grafene, sono sintetici, costosi, dannosi e difficili da biodegradare22. Recentemente, sono stati compiuti enormi sforzi per utilizzare materiali di derivazione naturale, come le spugne marine modificate con cere vegetali23, per eliminare alcuni di questi inconvenienti. Inoltre, la combinazione di tali superfici idrofobe con materiali magnetici ha attirato molta attenzione grazie alla raccolta facile e veloce dei materiali caricati di olio dal mezzo acquoso alla fine della fase di separazione. A questo proposito, le nanoparticelle di magnetite rivestite con silice e (3-amminopropil)trietossisilano (APTS) hanno dimostrato un'elevata efficienza per il trattamento delle acque oleose24. Inoltre, per la separazione dell'olio dall'acqua sono state utilizzate nanoparticelle di magnetite rivestite con polivinilpirrolidone (PVP) economico preparato utilizzando un metodo con polioli modificati25.

D’altro canto, recentemente, gli assorbenti superidrofobici hanno ricevuto maggiore considerazione in molte applicazioni, e la maggior parte dei metodi di modificazione della superficie presenta numerosi inconvenienti26. Questi inconvenienti includono metodi di fabbricazione complessi, scarsa stabilità in un ambiente severo, elevato consumo energetico e bassa adattabilità27. Di conseguenza, la richiesta di fabbricare nuovi assorbenti superidrofobici con forte stabilità, procedura di produzione semplice ed elevata adattabilità è urgente in questo momento. Recentemente, lo stearato di zinco28 e lo stearato di magnesio29 sono stati utilizzati per rivestire le spugne per il trattamento olio/acqua. Inoltre, le spugne poliuretaniche rivestite con stearato di zinco hanno mostrato un intervallo di capacità di adsorbimento di 6–81 gg−1 a seconda della densità della spugna. Seth et al.30 hanno rivestito un tessuto di cotone con stearato di zinco e zirconio, che era altamente efficiente per la separazione olio/acqua. Tao et al.31 hanno immerso una spugna di poliuretano magnetico in una soluzione di acido stearico per generare caratteristiche superidrofobiche, in grado di assorbire l'olio dall'acqua con una capacità di assorbimento di 16–60 gg−1. In precedenza, Tran e Lee32 trattavano la spugna di poliuretano con ossido di zinco, acido stearico e ossido di ferro per produrre una spugna magnetica superidrofobica applicabile per la separazione olio/acqua. Xia et al.33 hanno preparato una nuova schiuma magnetica da nanoparticelle di ferro/carburo di ferro (NP Fe/Fe3C) e rivestimento di polidimetilsilossano (PDMS), tramite soffiaggio chimico assistito da nitrato ferrico e carbonizzazione del polivinilpirrolidone (PVP). Questo sviluppato ha mostrato un'elevata selettività verso la rimozione dell'olio dall'acqua in canali non aperti con l'assistenza di un magnete. La spugna di poliuretano caricata con nanoparticelle di magnetite ha mostrato anche un buon carattere superidrofobico per la deemulsificazione delle emulsioni toluene/acqua con eccellente stabilità contro condizioni fortemente acide, basiche, saline, fredde e calde34. Recentemente, i minerali naturali di ossido di ferro sono stati utilizzati come fonte di magnetismo per sviluppare assorbenti magnetici per applicazioni di trattamento delle acque reflue35,36.