Mousse de mélamine superhydrophobe/superoléophile durable à base de biomasse

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 4515 (2023) Citer cet article

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Dans la présente étude, des fabrications de deux adsorbants à base de mousse recyclables superhydrophobes/superoléophiles respectueux de l’environnement pour la séparation des mélanges huile/eau ont été développées. Le carbone poreux (PC) dérivé de la biomasse (céleri) et les nanotubes de carbone à parois multiples (MWCNT) ont d'abord été synthétisés et chargés sur de la mousse de mélamine (MF) immaculée par une simple approche de revêtement par immersion en combinant un adhésif de silicone pour créer un matériau superhydrophobe/superoléophile. structure poreuse tridimensionnelle recyclable et réutilisable. Les échantillons préparés ont une grande surface spécifique de 240 m2/g (MWCNT), 1 126 m2/g (PC) et de bonnes charpentes micro-mésoporeuses. Les valeurs de l'angle de contact avec l'eau (WCA) des mousses telles que préparées, PC/MF et MWCNT/MF, étaient non seulement de 159,34° ± 1,9° et 156,42° ± 1,6°, respectivement, mais avaient également un angle de contact avec l'huile (OCA) égal. à 0° pour une large gamme d'huiles et de solvants organiques. Par conséquent, PC/MF et MWCNT/MF présentaient des propriétés de superhydrophobie et de superoléophile, qui peuvent être considérées comme des adsorbants efficaces dans les séparations de mélanges huile/eau. Dans ce contexte, il a été démontré que les mousses préparées superhydrophobes/superoléophiles pour différents types d'huiles et de solvants organiques présentaient des plages de performances de séparation supérieures de 54 à 143 g/g et de 46 à 137 g/g pour PC/MF et MWCNT/MF, respectivement. suggérant un nouveau matériau poreux efficace pour séparer les marées noires. En outre, la recyclabilité et la réutilisation exceptionnelles de ces structures au cours des dix cycles d'adsorption-compression ont indiqué que le WCA et la capacité de sorption n'ont pas sensiblement changé après trempage dans des milieux acides (pH = 2) et alcalins (pH = 12) ainsi que salins (3,5 % NaCl). Plus important encore, la réutilisation et la durabilité chimique des échantillons superhydrophobes en ont fait de bonnes opportunités d’utilisation dans différentes conditions difficiles pour le nettoyage des déversements d’hydrocarbures.

Les rejets chimiques provoqués par les eaux usées contenant des solvants organiques ont entraîné la pollution des ressources organiques, de graves dommages écologiques et la perte de diverses espèces1,2,3,4,5,6. De nombreuses techniques d’élimination et de récupération des huiles et des solvants organiques de l’eau suscitent depuis très longtemps une grande attention. Les méthodes de nettoyage couramment utilisées comprennent l'adsorption, l'écrémage, la dispersion chimique, la biorestauration, l'utilisation d'agents de traitement chimique, la centrifugation, la filtration et les méthodes de brûlage in situ classées en trois catégories principales : physiques, chimiques et biologiques7,8,9,10. ,11. Ces méthodes mentionnées présentent principalement des inconvénients tels que le transfert de polluants d'une phase à une autre, un coût élevé, une faible efficacité, une consommation de temps et d'énergie et un gaspillage de ressources humaines et matérielles12,13,14. L'écrémage est l'une des méthodes les plus couramment utilisées, mais elle a un coût élevé et l'efficacité de la séparation de l'huile de l'eau n'est pas satisfaisante. Par conséquent, la nécessité d’explorer une approche très efficace pour séparer le pétrole de l’eau est plus importante que jamais.

L’utilisation de méthodes physiques basées sur des structures poreuses superhydrophobes/superoléophiles à haute sélectivité a été proposée comme l’une des méthodes de séparation à haute efficacité les plus efficaces et les plus simples pour séparer les composés huileux des environnements aqueux15,16,17. Des matériaux bidimensionnels et tridimensionnels sous diverses formes, tels que des tissus, des membranes, des mailles, des éponges, des mousses et des nanoparticules, peuvent être utilisés dans des structures poreuses pour séparer les huiles ou les solvants organiques de l'eau10,18,19,20,21, 22,23. Les substances poreuses bidimensionnelles, telles que les tissus, les membranes et les treillis métalliques, ont une capacité de sorption inférieure à celle des matériaux poreux tridimensionnels, tels que les mousses, les éponges et les aérogels. Les structures poreuses tridimensionnelles avec une mouillabilité unique (superhydrophobe/superoléophile ou superhydrophile/superoléophobe) peuvent repousser complètement une phase et adsorber une autre phase en raison de leur porosité élevée, de leur grande surface et de leur faible densité lorsqu'elles sont exposées à un mélange d'eau et d'huile24,25,26, 27. De plus, les éponges et les mousses ont une bonne recyclabilité en raison de leur élasticité, ce qui convient au traitement à grande échelle des eaux usées huileuses28,29. Ces structures superhydrophobes/superoléophiles sont donc plus importantes dans le domaine du traitement des eaux usées huileuses.