油水処理用の縞状鉄層の表面改質による超疎水性磁性吸着剤

Jul 30, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 11016 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

今回の研究では、ステアリン酸亜鉛（ZS）と縞状鉄形成（BIF）を用いた油水浄化用の超疎水性超磁性粉末（ZS@BIF）を簡単なドライコーティング法で作製しました。 生成された複合材料は、油水処理用の磁気吸着剤として完全に特徴付けられました。 X線回折装置(XRD)、フーリエ変換赤外分光法(FTIR)、X線光電子分光法(XPS)、走査型電子顕微鏡(SEM)、エネルギー分散型X線分光法(EDS)および粒子径分析の結果が明らかになりました。コアシェル構造を持つ均質な疎水性磁性複合粒子の製造。 接触角と磁化率の結果から、コア材料を超疎水性にしてその強磁性を維持するには、4 (BIF): 1 (Zs) が理想的な被覆率であることがわかりました。 製造された複合材料の吸収能力。 油水系からの酢酸 n-ブチル、灯油、シクロヘキサンを評価しました。 ZS@BIF 複合材料は、酢酸 n-ブチルや灯油よりもシクロヘキサンを吸着する高い親和性を示し、最大吸着容量は約 22 gg-1、除去効率は 99.9% でした。 さらに、吸着油の約 95% をロータリーエバポレーターで正常に回収 (脱着) することができ、再生された ZS@BIF 複合材料は 10 回の繰り返しサイクルにわたって高いリサイクル性を示しました。

自然災害、人間活動、または産業上のミスによって発生した石油流出は、水資源に損害を与え、高い環境リスクを引き起こします。 この種の汚染は、汚染制御と流出油回収のためのいくつかの手順を開発するために研究コミュニティの注目を集めました1、2、3、4。 たとえば、石油流出が発生すると、薄い油の層が水面の広い範囲を覆い、海洋生物が破壊されます5。 さらに、油流出の制御と回収には費用がかかり、多くの洗浄技術では水から油を完全に回収することはできません5。 さまざまな油/水分離ルートには、ブーム、スキマー、吸着剤、分散剤、現場燃焼、バイオレメディエーション、および磁性ナノ複合材料が含まれます6、7、8、9。 油/水分離の新しいトレンドでは、表面の濡れ性 (疎水性の度合い)、多孔性、多数の濾過/吸収表面の粗さなど、いくつかの重要な点が考慮されています。 表面が改質された分離材は、通常、メッシュ 10、11、織物 12、13、14、フォーム 15、16、スポンジ 17、18、19、フィルム 20、膜 21 などのさまざまな形状で製造されます。 正直なところ、ポリプロピレン、ヒドラジン水和物、酸化グラフェンなど、これまでの方法で使用された材料のほとんどは合成であり、高価で有害であり、生分解が困難です22。 最近、これらの欠点の一部を解消するために、植物性ワックスで改質された海洋スポンジなどの自然由来の材料に多大な努力が払われている23。 さらに、このような疎水性表面と磁性材料との組み合わせは、分離ステップの終了時に水性媒体から油を含んだ材料を容易かつ迅速に収集できるため、多くの注目を集めている。 これに関して、シリカと (3-アミノプロピル) トリエトキシシラン (APTS) でコーティングされたマグネタイト ナノ粒子は、油水処理の効率が高いことを示しています 24。 さらに、改良ポリオール法を使用して調製された安価なポリビニルピロリドン（PVP）でコーティングされたマグネタイトナノ粒子が、水からの油分離に使用されました25。

一方で、最近、超疎水性吸着剤が多くの用途で考慮されるようになり、大部分の表面改質方法には多くの欠点があります26。 これらの欠点には、複雑な製造方法、過酷な環境における弱い安定性、高いエネルギー消費、低い適応性が含まれます27。 したがって、安定性が高く、製造手順が簡単で、適応性が高い新しい超疎水性吸着剤の製造が現在急務となっています。 最近、ステアリン酸亜鉛 28 とステアリン酸マグネシウム 29 が油/水処理用スポンジのコーティングに利用されています。 さらに、ステアリン酸亜鉛でコーティングされたポリウレタンスポンジは、スポンジの密度に応じて 6 ～ 81 gg-1 の範囲の吸着容量を示しました。 Seth et al.30 は、油/水の分離に非常に効率的なステアリン酸亜鉛ジルコニウムで綿布をコーティングしました。 Tao et al.31 は、磁性ポリウレタンスポンジをステアリン酸溶液に浸して超疎水性特性を生成させ、16 ～ 60 gg-1 の吸収容量で水から油を吸収することができました。 以前、Tran と Lee32 は、ポリウレタン スポンジを酸化亜鉛、ステアリン酸、酸化鉄で処理して、油/水の分離に適用できる超疎水性磁性スポンジを製造しました。 Xia ら 33 は、鉄/炭化鉄ナノ粒子 (Fe/Fe3C NP) とポリジメチルシロキサン (PDMS) コーティングから、硝酸第二鉄を利用した化学発泡とポリビニルピロリドン (PVP) の炭化により、新しい磁性発泡体を調製しました。 開発されたこの装置は、磁石の支援下で非開放水路の水からの油の除去に対して高い選択性を示しました。 マグネタイトナノ粒子を充填したポリウレタンスポンジは、過酷な酸性、塩基性、塩水、低温および高温の条件に対して優れた安定性を備え、トルエン/水エマルジョンの脱乳化に優れた超疎水性特性も示しました34。 最近、天然の酸化鉄鉱物が、廃水処理用途のための磁気吸着剤を開発するための磁性源として使用されています 35,36。