Investigación de agentes de acoplamiento de silano de injerto sobre la superhidrofobicidad de partículas de carbonilo hierro/SiO2 para una mezcla eficiente de aceite/agua y separación de emulsión

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 788 (2023) Citar este artículo

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El presente estudio demostró las propiedades de humectabilidad del injerto de agentes de acoplamiento de silano en partículas de carbonilo hierro (CI)/SiO2 para una mezcla eficiente de aceite/agua y una separación de emulsión. Las partículas de CI primero se hicieron reaccionar con tetraetoxisilano (TEOS) para crear un componente magnético. Luego, las partículas de CI/SiO2 se alteraron con 1H,1H,2H,2H-perfluorodeciltrietoxisilano (FAS) y hexametildisilazano (HDMS) para crear polvos absorbentes magnéticos superhidrófobos/superoleofílicos, reciclables y reutilizables. Los valores del ángulo de contacto con el agua (WCA) de las partículas preparadas, CI, CI/SiO2, CI/SiO2@FAS y CI/SiO2@HMDS, fueron 5,4° ± 1,3°, 6,4° ± 1,4°, 151,9° ± 2,1° y 170,1° ± 1,1°, respectivamente. Además, se encontró que los ángulos de contacto del aceite (OCA) de una variedad de aceites eran equivalentes a 0°. Por lo tanto, las partículas superhidrófobas/superoleófilas para diferentes tipos de aceites mostraron capacidades de sorción de 1,7–3,1 g/g y 2,5–4,3 g/g para CI/SiO2@FAS y CI/SiO2@HMDS, respectivamente. Además, para una eficiencia de separación de una emulsión de hexano/agua al 1% p/p superior al 99%, la masa más baja se obtuvo a 50 y 200 mg para CI/SiO2@HDMS y CI/SiO2@HDMS, respectivamente, lo que sugiere un nuevo material eficaz para separando pequeñas gotas de aceite. Además, la reutilización y la durabilidad química de las muestras superhidrófobas las convirtieron en un candidato ideal para su uso en diferentes condiciones adversas.

En el mundo actual, la cantidad de aguas residuales producidas está aumentando dramáticamente debido al desarrollo de diversas poblaciones trabajadoras y en auge a nivel mundial1,2,3,4. Las descargas de aguas residuales industriales y los derrames de petróleo en el medio marino no solo amenazan los ecosistemas y la salud humana, sino que también destruyen una amplia gama de recursos naturales de la Tierra, lo que motiva a los investigadores a desarrollar estrategias proactivas, drásticas y centradas en soluciones para mitigar estos graves problemas ambientales5,6 ,7. Hasta ahora se han producido numerosos materiales con diversas propiedades para la separación de aceite y agua. Los materiales sintetizados para la separación deben tener las cualidades superficiales requeridas, como una alta área superficial, alta humectabilidad o superhidrofobicidad, buena durabilidad, etc.8,9,10,11,12,13.

Las propiedades humectantes y antihumectantes de las superficies sólidas son uno de los fenómenos naturales más comunes que vemos ampliamente en el medio ambiente, al igual que el rocío en las plantas o las gotas de agua en las alas de algunas especies de insectos cuyo tipo artificial se introdujo por primera vez como Propiedad súper antihumectante de Ollivier14. Una superficie superhidrófoba con un alto ángulo de contacto aparente (> 150°) se usa comúnmente en forma de malla y materiales porosos para separaciones de aceite y agua15. Estos materiales adolecen de algunos inconvenientes, incluidos procesos de síntesis que requieren mucho tiempo, alto costo y baja eficiencia, que se consideran obstáculos para sus aplicaciones industriales9,16,17,18,19. Por lo tanto, desarrollar métodos de fabricación simples, escalables y de bajo costo es de gran importancia para la escala comercial de proyectos de separación9. La mayoría de las investigaciones realizadas sobre cuestiones de hidrofobicidad se han centrado en los métodos y procesos de fabricación, las teorías detrás de la humectabilidad y no humectabilidad únicas, así como sus aplicaciones14.

Se han introducido varios métodos y estrategias para fabricar diferentes materiales con excelente superhidrofobicidad, como deposición química de vapor20, separación de fases21, ensamblaje capa por capa, deposición por electrohilado22, ensamblaje coloidal23, grabado químico24, etc.25,26. En términos del mecanismo, los silanos que no tienen grupos hidrolizables, como Si-CI, Si-OCH3, Si-OCH2CH3 y Si-NH-Si, reaccionan con agua para crear silanoles, que luego se acoplan a grupos hidroxilo en la superficie de los materiales. Algunos de los factores más importantes que deben considerarse para la producción y modificación de materiales superhidrófobos incluyen la rugosidad de la superficie y la baja energía superficial de los materiales25. Los materiales orgánicos con superhidrofobicidad suelen presentarse en forma de polvo o esponjas porosas tridimensionales para separar el agua y el aceite27. Además, pueden producirse como películas planas porosas o recubrirse sobre las mallas28. El acero inoxidable (SS) y el material de cobre, los sustratos de malla metálica más comunes, pueden modificarse para convertirse en adsorbentes superhidrófobos15. Las superficies jerárquicas de micro y nano rugosidad se fabrican mediante diferentes métodos, como erosión ácida, ensamblaje coloidal, película de polímero rugosa, crecimiento de cristales y deposición química de vapor (CVD)15,29,30,31. Actualmente, para disminuir la energía superficial se utilizan alquilsilanos o perfluoroalquilsilanos, polímeros basados en PDMS, tioles, ácidos grasos de cadena alquílica larga, polímeros perfluorados, etc. Por ejemplo, los clorosilanos como 1H, 1H, 2H, 2H-perfluoroctildimetilclorosilano (PFODMCS), dimetildiclorosilano (DMDCS) y 1H, 1H, 2H, 2Hperfluorooctiltriclorosilano (PFOTCS) pueden otorgar fácilmente a las superficies la propiedad superhidrófoba14,32.

Matin et al. informaron sobre el recubrimiento por inmersión del separador SS utilizando diferentes concentraciones de materiales de silano, perfluor-rooctiltriclorosilano33. Demostraron que después de siete ciclos, las gotas de agua sobre la superficie superhidrófoba del SS alcanzaron un ángulo de aproximadamente 150,5°, y el adsorbente superhidrófobo resultante separó con éxito los distintos tipos de aceites con una eficiencia del 95%. Qiang et al. informaron sobre la fabricación de compuestos de esponja de poliuretano (PU) recubiertos con nanocintas de óxido de grafeno reducido (GONR) funcionalizados con silano mediante un método sencillo de recubrimiento por inmersión. El compuesto superhidrófobo poroso producido tiene buena selectividad y capacidad de separación de aceite/agua con alta eficiencia (> 97% después de 10 ciclos) y ángulos de contacto con el agua superiores a 150°34. Khodaei et al. desarrollaron aluminio superhidrófobo con una estructura de superficie nano/micro jerárquica mediante grabado químico y decoración de nanopartículas con un recubrimiento nanocompuesto a base de silano (nanopartículas de Al2O3 integradas en TEOSGPTMS)35. Wang y cols. demostró la fácil producción de textiles de algodón superhidrófobos y superoleófobos modificados con nanocables de polisiloxano para la separación de aceite y agua. Los nanocables de polisiloxano de baja energía superficial, además de la estructura jerárquica, dieron lugar a tejidos de algodón con gran superhidrofobicidad (WCA 163°) y excelente estabilidad36.

En este trabajo, primero se hicieron reaccionar partículas de carbonilo de hierro con tetraetoxisilano y luego se alteró la superficie mediante FAS y HDMS para crear partículas adsorbentes superhidrófobas/superoleófilas y reciclables. La caracterización de las partículas de modificación de carbonilo hierro con varios grupos silano se evaluó mediante FT-IR, XRD y VSM. Luego se completó el estudio WCA para evaluar cuantitativamente la superhidrofobicidad de las partículas. También se examinó la capacidad de sorción de partículas superhidrófobas para la separación de aceite/agua y la mezcla de emulsión en diversas circunstancias.

El etanol absoluto y el amoníaco (25–28 % en peso) se compraron de DR-MOJALALI Medicines Co., Ltd, y las partículas de carbonilo hierro (CI) de BASF Company, Alemania. El tetraetoxisilano (TEOS, 99,9%), el hexametildisilazano (HMDS, 98%) y el 1H,1H,2H,2H-perfluorodeciltrietoxisilano (PFDTES o FAS, 97%) se compraron a Sigma-Aldrich. Todos los reactivos químicos se utilizaron exactamente como se recibieron, sin purificación adicional.

Primero, se añadieron 0,2 g de carbonilo hierro a 40 ml de etanol que contenía 4 ml de solución de amoníaco. Posteriormente, se agregaron 0,2 ml de TEOS y se sonicaron en un baño de sonicación durante 6 h. Luego, la solución se lavó al vacío tres veces con etanol en el siguiente paso. Posteriormente se pasó 24 h en una estufa a 110 °C. Luego, las partículas de carbonilo de hierro se recubrieron con SiO2 (CI/SiO2).

Primero, se mezclaron 60 ml de etanol que contenían 6 ml de una solución de amoníaco con 0,2 g de CI/SiO2. Después de eso, se agregaron 0,4 ml de FAS y se sonicó durante 8 h en un baño de sonicación. Luego, la solución se lavó al vacío tres veces con etanol en el siguiente paso. Posteriormente se pasó 24 h en una estufa a 110 °C. Después de este período de tiempo, a las partículas de carbonilo de hierro se les dio una capa de SiO2-FAS, denominada CI/SiO2@FAS.

Primero, se mezclaron 0,2 g de CI/SiO2 con 100 ml de etanol y 8 ml de una solución de amoníaco. Después de eso, se añadió 1 ml de HMDS y la mezcla se sonicó durante 4 h en un baño de sonicación. Luego, la solución se lavó al vacío tres veces con etanol en el siguiente paso. Posteriormente se pasó 24 h en una estufa a 110 °C. Después de este tiempo, las partículas de carbonilo de hierro se recubrieron con SiO2-HMDS (CI/SiO2@HMDS).

Se utilizó espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier para examinar los grupos funcionales en la superficie de partículas de carbonilo de hierro (FT-IR, THERMO, AVATAR). La estructura cristalina de partículas de carbonilo de hierro modificadas con diferentes grupos silano se investigó mediante análisis de difracción de rayos X (XRD, Philips, PW1730). Las propiedades magnéticas de las partículas modificadas también se midieron usando un magnetómetro de muestra vibratorio (VSM, Modelo No. 155, Magnet: Varian, V-7300). Además, el software Jikan CAG-20, Jikan Co. e Image J® 1.51i investigaron el ángulo de contacto entre el aceite y el agua de las partículas alteradas.

Se emulsionaron aceite y agua al 1% en peso en hexano. En este sentido, para crear una emulsión estable, se disolvió un gramo de aceite en 99 g de agua desionizada y se agitó durante 30 min. Se utilizó una sonda ultrasónica (100 kW) durante 10 minutos para minimizar el tamaño de las gotas de aceite en el agua. Cabe señalar que la agitación durante períodos más prolongados provocó la formación de gotitas de tamaño nanométrico. Como resultado, la emulsión de aceite y agua se preparó agregando varias concentraciones de aceite a la superficie del agua, que oscilaban entre 0,1 y 1 ml. Además, se añadió un ml de aceite a la superficie del agua para crear la mezcla de aceite y agua. El mismo método se utilizó para realizar mezclas y emulsiones de agua con queroseno, aceite de silicona y gasolina.

La eficacia y capacidad de los materiales modificados se demostraron utilizando su capacidad de sorción. La siguiente ecuación (Ec. (1)) se puede utilizar para determinar la capacidad de sorción de agua o aceite a partir de la medición del peso del líquido que se adsorbe por colocación o inmersión:

Mientras que me y m0 son el peso del material antes y después de la sorción del líquido, respectivamente, y Q (g/g) es la cantidad de capacidad de sorción para varias mezclas y emulsiones, se estimó la capacidad de sorción de la separación de aceite.

Se ha investigado el reciclaje magnético de partículas de carbonilo de hierro modificadas. Después de la adsorción del aceite, las partículas magnéticas superhidrófobas se recogen, se tratan con cloroformo y etanol y se secan durante 12 h a 60 °C. Estas partículas se emplearán posteriormente en la técnica de sorción de aceite que sigue. Se investigó la reutilización de partículas magnéticas hidrófobas durante diez ciclos.

El mecanismo de reacción de diferentes agentes de silano en las partículas de carbonilo de hierro se muestra en la Fig. 1. El TEOS se hidrolizó en presencia de etanol y agua, y Si –OR + H2O se convirtió en Si –OH + ROH. Luego, se creó la red de sílice (Si – O – Si) mediante una reacción de condensación en la superficie de partículas de carbonilo de hierro según la Fig. 1a. Luego se formó FAS en la superficie del carbonilo hierro-SiO2 mediante un proceso de hidrólisis y condensación (Fig. 1b). De manera similar, como se puede ver en la Fig. 1c, el HDMS se hidrolizó y se condensó en la superficie del carbonilo hierro-SiO2. Además, debido a la sensibilidad de las tasas de conversión a la presencia de ácidos y bases, se empleó una solución de amoníaco como catalizador para todos los procesos1,2,37,38,39,40.

Mecanismo de reacción del carbonilo hierro con (a) SiO2, (b) SiO2@FAS y (c) SiO2@HDMS.

Los grupos funcionales se examinaron mediante análisis FT-IR para confirmar que las partículas de carbonilo de hierro reaccionan con varios grupos silano. La Figura 2 muestra picos relacionados con diferentes grupos funcionales de SI, FAS y HDMS en la superficie de partículas de carbonilo de hierro. Los espectros de partículas de CI modificadas con SiO2, FAS y HDMS mostraron patrones típicos de materiales de siloxano. Los picos de varios grupos de silano, incluidos Si – O – C, Si – O – Si y Si – O – C, se asignaron a un rango de 1000 a 2000 cm-138,41. En la curva FT-IR, el pico relativo a Si-O-Fe fue de 500 cm-1. Además, a 845 y 1255 cm-1 se encontraron señales FT-IR vinculadas con Si-C37. La banda ancha de unos 3500 cm−1 muestra el estiramiento de varios grupos OH; este pico se debilitó al agregar HDMS y FAS a la superficie de CI/SiO2, lo que indica que los grupos OH habían sido reemplazados por bandas de silano40,42,43,44.

FTIR de carbonilo de hierro y partículas hidrófobas modificadas con SiO2, SiO2@FAS y SiO2@HDMS.

Se utilizó el análisis XRD para investigar la oxidación o los cambios en la estructura cristalina que ocurren durante la síntesis. El patrón XRD para partículas de carbonilo de hierro modificadas con SiO2, SiO2@FAS y SiO2@HDMS se muestra en la Fig. 3. Luego, el patrón XRD resultante reveló el 2θ de 44° dado a (110) y 66° a ( 211) conectado a los picos de Fe en la muestra sintetizada. No se ha observado ningún pico adicional para ninguna alteración distinta de estos dos picos, lo que demuestra que la reacción de oxidación no se realizó durante todo el proceso de síntesis1.

XRD de carbonilo de hierro y partículas hidrófobas modificadas con SiO2, SiO2@FAS y SiO2@HDMS.

Las características magnéticas de las partículas de carbonilo de hierro con varios agentes de acoplamiento de silano se estudiaron utilizando un VSM y los resultados se muestran en la Fig. 4. En el campo de 10 kOe, se demostró que las partículas de carbonilo tenían una fuerte permeabilidad magnética con una saturación magnética de 210, 188. , 167 y 166 emu/g para CI desnudo, CI/SiO2, CI/SiO2@FAS y CI/SiO2@HDMS, respectivamente. Las partículas modificadas todavía exhiben un magnetismo de alta saturación a pesar de tener una cubierta no magnética. Además, la curva de magnetización muestra sólo una pequeña cantidad de histéresis magnética, así como coercitividad (Hc) y magnetismo remanente (Mr) para partículas de carbonilo de hierro modificadas. Otras propiedades magnéticas de las muestras, Hc y Mr, se resumen en la Tabla 1.

Curva VSM para partículas hidrófobas modificadas (a) CI desnuda, (b) SiO2, (c) SiO2@FAS y (d) SiO2@HDMS.

Uno de los factores más cruciales a considerar al evaluar las características de humectabilidad de un material es el ángulo de contacto con el agua (WCA) o el ángulo de contacto con el aceite (OCA). Por lo tanto, se utilizó el método de la gota de agua sésil con un volumen de 5 µL para poder evaluar la humectabilidad de las partículas (CI, CI/SiO2, CI/SiO2@FAS y CI/SiO2@HMDS). Las partículas de polvo se compactaron entre dos sustratos de vidrio para formar una capa nivelada. Utilizando una jeringa de microlitro Hamilton, se colocaron gotas de líquido verticales sobre las partículas acumuladas. Se realizaron cinco mediciones de ángulos de contacto en distintos lugares y los resultados se proporcionaron según su valor medio. Se utilizó el software Image J® 1.51i para procesar todas las fotografías de gotas de líquido45.

La Figura 5 muestra las fotografías digitales y la variación WCA de las gotas de líquido en las partículas apiladas. Según los hallazgos, los valores de WCA para CI, CI/SiO2, CI/SiO2@FAS y CI/SiO2@HMDS fueron 5,4° ± 1,3°, 6,4° ± 1,4°, 151,9° ± 2,1° y 170,1° ± 1,1°, respectivamente. Además, es fundamental señalar que se encontró que los OCA de una variedad de aceites eran equivalentes a 0°. Los hallazgos demuestran que tanto CI como CI/SiO2 poseen superhidrofilicidad y superoleofilicidad. Debido a esto, el uso de estos materiales en procesos que separan petróleo y agua no puede considerarse una opción viable. Por otro lado, CI/SiO2@FAS y CI/SiO2@HMDS exhibieron características de propiedades de superhidrofobicidad y superoleofilicidad. La producción de un sustrato altamente repelente al agua depende específicamente de dos factores principales: alta rugosidad superficial y el uso de material con baja energía superficial. Los diferentes procesos de hidrólisis y condensación que tienen lugar en la superficie de la muestra hacen que los materiales se comporten de manera diferente en cuanto a su propensión a adsorber agua46,47.

(a) Las fotografías digitales y (b) la variación WCA de las gotas de agua en las partículas en capas.

Debido a sus cualidades únicas de superhidrofobicidad/superoleofilicidad, CI/SiO2@FAS y CI/SiO2@HMDS pueden considerarse adsorbentes muy eficaces en mezclas de aceite/agua y separaciones de emulsión. Además, las respuestas ferromagnéticas de las partículas pueden contribuir a los procesos de recolección y reutilización. Para la separación de aceites de la mezcla de aceite/agua en el sistema discontinuo, se utilizaron las partículas modificadas preparadas. Inicialmente, se rociaron 300 mg de aceite teñido de rojo sobre la superficie del agua. Posteriormente, las partículas magnéticas se dejaron sobre el derrame de petróleo durante 5 min y se dio tiempo. La mancha de petróleo resbaladizo comenzó a reducirse en ese punto.

Con el tiempo, se descubrió que los polvos superhidrófobos/superoleofílicos capturan y cubren intuitivamente las gotas de aceite antes de hundirse en el agua. Después de recoger la combinación de aceite y partículas con un imán, se calculó la masa final del mármol. La capacidad de sorción medida para aceites, incluidos hexano, queroseno, aceite de silicona y gasolina, estuvo en los rangos de 1,7 a 3,1 g/g y 2,5 a 4,3 g/g para CI/SiO2@FAS y CI/SiO2@HMDS. respectivamente (Fig. 6), que pueden competir con otros absorbentes usados (Tabla 2). Los resultados mostraron que la mayor y menor capacidad de sorción correspondió al hexano y al aceite de silicona, respectivamente.

La capacidad de sorción de CI/SiO2@FAS y CI/SiO2@HMDS.

En la última década, se han realizado numerosos estudios para abordar la separación de emulsiones de aceite/agua. Espumas, mallas metálicas y materiales textiles son algunas tecnologías que se pueden utilizar para separar el petróleo de las emulsiones de petróleo en agua; sin embargo, todos estos enfoques tienen sus inconvenientes59,60,61,62. En este contexto, el uso de partículas que sean a la vez superhidrófobas y superoleófilas puede ser una estrategia eficaz para separar emulsiones de aceite y agua. En la investigación actual, se crearon varias emulsiones de aceite/agua al 1% p/p. Estas emulsiones incluían hexano, queroseno, aceite de silicona y gasolina. Las distribuciones de tamaño de las gotas de aceite en diferentes emulsiones de aceite/agua sin tensioactivos se muestran en la Fig. 7. El hexano, el queroseno, el aceite de silicona y la gasolina tenían un tamaño de gota promedio de 6,54 ± 1,78, 8,32 ± 1,54, 13,49 ± 6,94. y 6,12 ± 2,40 µm, respectivamente, cuando se distribuyeron homogéneamente en el agua. Es importante resaltar que las imágenes obtenidas por microscopía óptica demostraron que las emulsiones mantuvieron su estabilidad durante un día. Se agregaron partículas con masas de 5 a 250 mg directamente a 3 ml de emulsiones y se agitaron vigorosamente durante 10 minutos. La solución acuosa superior se eliminó después de que las partículas oleosas se separaron del agua usando un campo magnético para evaluar el perfil del agua. En la Fig. 8a se ilustra una ilustración esquemática de la separación de pequeñas gotas de aceite de la emulsión de aceite en agua. Inicialmente, una dosis baja de partículas superhidrófobas/superoleófilas no puede separar totalmente las gotas de aceite y la solución final parece turbia. Al aumentar la masa de sorbente en el sistema, la solución final se vuelve transparente, lo cual es diferente para cada sorbente y aceite (Fig. 8b). Por ejemplo, al agregar 50 mg de partículas de CI/SiO2@FAS a una emulsión de hexano/agua al 1% p/p, la solución de filtrado final resultante era semitransparente. Por el contrario, añadiendo la misma masa de CI/SiO2@HDMS, la solución final puede volverse transparente. La masa más baja de partículas para separar una emulsión de hexano/agua al 1 % p/p fue de 50 y 200 mg para CI/SiO2@HDMS y CI/SiO2@HDMS, respectivamente. Como resultado, los materiales en polvo como las partículas de CI/SiO2@HDMS y CI/SiO2@HDMS tienen la capacidad de entrar en contacto directamente con las gotitas de la emulsión, lo que puede sugerirse como sistemas muy eficaces para separar las gotitas de aceite de las emulsiones de aceite en agua. .

Distribuciones del tamaño de las gotas de aceite de diversas emulsiones de aceite/agua sin tensioactivos; (a) hexano, (b) aceite de silicona, (c) gasolina y (d) queroseno.

(a) Ilustración esquemática de la separación de pequeñas gotas de aceite de la emulsión de aceite en agua, (b) el efecto de la masa absorbente sobre la turbidez o transparencia de la solución de filtrado final de la emulsión de hexano en agua.

Las capacidades de sorción de partículas reciclables superhidrófobas/superoleofílicas CI/SiO2@HDMS para aceites se presentan en la Fig. 9a, lo que indica que la capacidad de sorción no ha cambiado significativamente incluso después de 10 ciclos de separación. Por ejemplo, la capacidad de sorción del hexano reveló que después de diez ciclos, la capacidad de sorción original se redujo en sólo 0,8 g/g (4,3 a 3,5 g/g), que es una cantidad relativamente pequeña. El cambio en las WCA es responsable de las capacidades de sorción fluctuantes, como se ha demostrado. La Figura 9b muestra una ligera tendencia decreciente en los ángulos de contacto con el agua (WCA) de las gotas sobre las partículas regeneradas, lo que es consistente con los datos de la capacidad de sorción. Como se muestra en la Fig. 9c, las partículas preparadas pueden satisfacer necesidades prácticas en entornos severos y difíciles, ya que su capacidad de sorción de aceites permanece aproximadamente constante incluso en ambientes ácidos, alcalinos y con alto contenido salino. El comportamiento de humectación y la estabilidad química en una amplia gama de circunstancias es el principal problema con las superficies superhidrófobas/superoleófilas (soluciones ácidas, alcalinas y salinas). También se utilizaron variaciones de WCA para examinar los efectos de variar el pH de las partículas superhidrófobas/superoleófilas preparadas durante una semana. Una buena hidrofobicidad está indicada por valores de WCA de más de 145 °, como se ve en la Fig. 9d. Se ha demostrado que las muestras superhidrófobas tienen una durabilidad química y una estabilidad física excepcionales en entornos estables o de flujo, lo que las convierte en un candidato ideal para la tecnología de separación de aceite y agua.

(a) Reciclabilidad de CI/SiO2@HDMS en diferentes ciclos de regeneración, (b) variaciones del ángulo de contacto con el agua en diferentes ciclos, (c) rendimiento de CI/SiO2@HDMS para aceites de sorción en diversas circunstancias, y (d) agua variaciones del ángulo de contacto para inmersión a diferentes valores de pH durante una semana.

En conclusión, las partículas superparamagnéticas superhidrófobas/superoleofílicas, así como las reutilizables y duraderas de carbonilo hierro/SiO2, se prepararon mediante una ruta de injerto simple. Se usaron agentes de acoplamiento de silano, concretamente 1H,1H,2H,2H-perfluorodeciltrietoxisilano (FAS) y hexametildisilazano (HDMS), para ilustrar el efecto de modificar la humectabilidad de la superficie de las muestras resultantes. El mecanismo de reacción de diferentes agentes de silano en las partículas de carbonilo de hierro ha demostrado que FAS y HDMS se formaron en la superficie de carbonilo de hierro-SiO2 mediante un proceso de hidrólisis y condensación mediante la creación de una red de sílice. CI/SiO2@FAS y CI/SiO2@HMDS exhibieron propiedades ferromagnéticas con una saturación magnética de 167 y 166 emu/g para CI/SiO2@FAS y CI/SiO2@HDMS, respectivamente. Además, las capacidades de sorción medidas de CI/SiO2@FAS y CI/SiO2@HMDS estuvieron en los rangos de 1,7 a 3,1 g/g y de 2,5 a 4,3 g/g para diferentes tipos de aceites, que pueden competir con otros absorbentes usados. Además, las capacidades de sorción de las partículas superhidrófobas/superoleófilas reciclables indicaron una buena reciclabilidad y reutilización incluso después de diez ciclos de separación. Además, las muestras superhidrófobas tienen una durabilidad química y una estabilidad física excepcionales en circunstancias ácidas, alcalinas y con alto contenido salino, lo que las convierte en un candidato ideal para la tecnología de separación de aceite y agua. En consecuencia, las partículas de CI/SiO2@HDMS y CI/SiO2@HDMS tienen la capacidad de entrar en contacto directamente con las gotitas de la emulsión, lo que puede sugerirse como sistemas muy eficaces para separar las gotitas de aceite de las emulsiones de aceite en agua.

Todos los datos generados o analizados para la parte experimental de este estudio se incluyen en este artículo publicado. Los datos que respaldan los hallazgos de este estudio están disponibles del autor correspondiente, [Yahya Rabbani], previa solicitud razonable. Además, todos los demás datos que respaldan los argumentos de este artículo y otros hallazgos de este estudio están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Descargar referencias

Escuela de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad de Teherán (UT), Teherán, Irán

Yahya Rabbani

Escuela de Ingeniería Química, de Petróleo y Gas, Universidad de Ciencia y Tecnología de Irán (IUST), Teherán, Irán

Hadi Shayesteh

Escuela de Ingeniería Mecánica, Facultad de Ingeniería, Universidad de Teherán (UT), Teherán, Irán

Nima Haghshenas

Departamento de Nanotecnología, Escuela de Tecnologías Avanzadas, Universidad de Ciencia y Tecnología de Irán (IUST), Teherán, Irán

Mobin Safarzadeh Khosrowshahi

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YR: metodología, conceptualización, trabajo experimental, metodología, software, redacción del borrador original. HS: conceptualización, metodología, software, redacción del borrador original. NH: trabajo experimental, metodología. MSK: software, redacción: revisión y edición.

Correspondencia a Yahya Rabbani o Hadi Shayesteh.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Rabbani, Y., Shayesteh, H., Haghshenas, N. et al. Investigación de agentes de acoplamiento de silano de injerto sobre la superhidrofobicidad de partículas de carbonilo hierro/SiO2 para una separación eficiente de emulsión y mezcla de aceite/agua. Representante científico 13, 788 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28131-z

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Recibido: 27 de octubre de 2022

Aceptado: 13 de enero de 2023

Publicado: 16 de enero de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-28131-z

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