Fabbricazione di biochar

Jun 04, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9453 (2023) Citare questo articolo

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In questo studio, riportiamo un processo ecologico e facile per la sintesi di biochar, BC, e di un nanocomposito di cobalto-biochar, Co-BC, utilizzando biomassa di paglia di riso. Abbiamo costruito due rivestimenti superidrofobici su substrati di acciaio utilizzando l'elettrodeposizione potenziostatica di biochar modificato con nichel, Ni@BC, e nichel modificato da nanocomposito di cobalto-biochar, Ni@Co-BC, quindi questi rivestimenti sono stati immersi in una soluzione di acido stearico etanolico. La spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier ha mostrato che il rivestimento Ni@BC innestato con acido stearico, Ni@BC@SA, e il composito Ni@Co-BC innestato con acido stearico, Ni@Co-BC@SA, erano ben innestati sulla superficie dell'acciaio . La microscopia elettronica a scansione ha rivelato che i rivestimenti superidrofobici hanno caratteristiche su scala nanometrica. I risultati della microscopia a forza atomica hanno mostrato che il rivestimento di Ni@Co-BC@SA aveva una ruvidità maggiore rispetto a Ni@BC@SA, con conseguente superidrofobicità più elevata. Gli angoli di contatto con l'acqua per i rivestimenti Ni@BC@SA e Ni@Co-BC@SA erano rispettivamente di 161° e 165°, mentre i valori degli angoli di scorrimento dell'acqua per entrambi i rivestimenti erano rispettivamente di 3,0° e 1,0°. La stima quantitativa dell'efficienza di inibizione delle incrostazioni ha rivelato che il rivestimento Ni@Co-BC@SA ha mostrato una maggiore efficienza rispetto al rivestimento Ni@BC@SA. Inoltre, il rivestimento Ni@Co-BC@SA ha dimostrato una migliore resistenza alla corrosione, resistenza ai raggi UV, resistenza all'abrasione meccanica e stabilità chimica rispetto al rivestimento Ni@BC@SA. Questi risultati evidenziano le prestazioni superiori del rivestimento Ni@Co-BC@SA e il suo potenziale come rivestimento superidrofobico altamente efficace e durevole per substrati di acciaio.

Si prevedono applicazioni industriali ad ampio raggio per diverse superfici sintetiche superidrofobiche, SHP, ispirate alle foglie di loto1. Le superfici SHP sono superfici eccezionalmente idrorepellenti con un angolo di contatto dell'acqua, WCA, superiore a 150° e un angolo di scorrimento dell'acqua, WSA, inferiore a 10°2,3. A causa dell’importanza delle superfici del Piccolo Idroelettrico sia nella ricerca fondamentale che nelle applicazioni pratiche, hanno ricevuto molta attenzione. È risaputo che il comportamento di bagnatura superficiale è determinato dalla combinazione di superfici ruvide e varie energie superficiali. Le superfici ruvide a bassa energia superficiale sono tipicamente SHP, mentre le superfici ruvide ad alta energia superficiale sono tipicamente superidrofile4. I composti perfluorurati, come i fluorosilani o le molecole di fluorocarburi, sono stati storicamente utilizzati come materiali a bassa energia superficiale a causa della loro energia superficiale eccezionalmente bassa4,5. Tuttavia, è stato dimostrato che l’utilizzo di tali fluorocarburi a catena lunga ha effetti collaterali molto dannosi, tra cui persistenza, biomagnificazione e bioaccumulo5,6,7,8,9. Pertanto, può essere difficile progettare una superficie del piccolo idroelettrico con queste caratteristiche, in particolare quando ci sono preoccupazioni sulla sicurezza ambientale. Di conseguenza, è essenziale sviluppare procedure e materiali a basso costo e rispettosi dell'ambiente per la produzione di superfici di piccolo idroelettrico5,10.

Le superfici del piccolo idroelettrico hanno una vasta gamma di usi, tra cui resistenza alla corrosione, resistenza ai raggi UV, tecnologie di separazione olio-acqua, ecc.11,12,13,14,15,16,17,18. Sono state presentate diverse tecniche per lo sviluppo di rivestimenti SHP, tra cui elettrodeposizione, ossidazione anodica elettrochimica, anodizzazione, ecc.19,20,21,22,23,24,25,26. Grazie alla sua semplicità, alla procedura a bassa temperatura, alla nanostruttura pulita, economica e regolabile, l'elettrodeposizione è un ottimo metodo per progettare superfici artificiali di piccolo idroelettrico3. A causa del suo costo economico e delle proprietà meccaniche superiori, l’acciaio al carbonio è il materiale da costruzione utilizzato più frequentemente in numerosi settori. Viene impiegato in grandi quantità in attrezzature per la lavorazione dei metalli, l'edilizia, i ponti, la lavorazione chimica, la produzione di petrolio e le applicazioni marine27,28. La corrosione dell'acciaio e la sua soppressione in queste condizioni sono problemi di processo complicati. La corrosione è generalmente vista come uno dei problemi più critici della nostra società, con implicazioni economiche e di sicurezza29,30,31. Le superfici in acciaio possono essere protette utilizzando una varietà di metodi; lo sviluppo di rivestimenti SHP, che aumentano significativamente la resistenza alla corrosione dell’acciaio, è uno dei più cruciali32,33.