توصيفگر ها :
ايروژل سيليس , آبگريزي , بلانكت ايروژلي , پوششدهي , جذب تركيبات نفتي و روغني
چكيده فارسي :
ايروژل بهعنوان يك نانو ساختار پيشرفته، به دليل دارا بودن ويژگيهايي مانند تخلخل و سطح مخصوص بالا، چگالي پايين، زيست سازگاري خوب، قابليت استفاده مجدد، امكان بازيابي روغن و قابليت اصلاح آن توسط گروههاي عاملي بهعنوان يك جاذب مناسب براي حذف آلايندههاي آلي، روغني و نفتي موردتوجه بسياري از پژوهشگران و صنايع قرار گرفته است. پژوهشهاي انجامگرفته در راستاي حذف آلودگيهاي نفتي و روغني محدود به استفاده از گرانولهاي ايروژل سيليس آبگريز و بررسي برهمكنشهاي شيميايي بين جاذب و روغن بوده و به مكانيزم جذب فيزيكي اين تركيبات از طريق حفرات ساختار ايروژل، توجه چنداني نشده است. از طرفي استفاده از سازه ليفي حاوي ايروژل (بلانكت ايروژلي) بهعنوان جاذب تركيبات نفتي و روغني از آب به شكل بسيار محدود مورد بررسي قرار گرفته است؛ لذا در اين پژوهش جذب تركيبات نفتي و روغني توسط ايروژل سيليس آبگريز و بلانكت ايروژلي تهيه شده از آن و لايه بيبافت پليپروپيلن مورد بررسي قرار گرفت. بهمنظور بررسي اثر ساختار حفرات و آبگريزي ايروژل سيليس بر جذب فيزيكي و شيميايي نفت خام و روغن، با كنترل شرايط سنتز، ذرات ايروژل سيليس با ساختار حفرات و خواص فيزيكي متفاوت و با روش سل- ژل دومرحلهاي و اصلاحكننده تريمتيلكلروسيلان (TMCS) و خشككردن در فشار محيط سنتز شدند. سپس نمونههاي بلانكت ايروژلي به روش سنتز در جاي ذرات ايروژل بر بستر بيبافت پليپروپيلن تهيه شدند. ارزيابي خواص فيزيكي، شيميايي و ساختار حفرات ايروژل سيليس و بلانكت ايروژلي و خواص جذب نفت و روغن آنها با استفاده از تصاوير FE-SEM، آزمونهاي جذب و واجذب نيتروژن، FTIR و زاويه تماس انجام شد. نتايج نشان دادند كه با كنترل شرايط سنتز، نمونههاي ايروژل با ساختار حفرات و خواص فيزيكي و شيميايي كاملاً متفاوت حاصل شده و ميزان جذب روغنموتور توسط نمونه ايروژل آبگريز با متوسط اندازه حفرات 29 نانومتر و حجم حفرات cm3/g 02/4 بيش از 5 برابر نمونه ايروژل آبدوست با متوسط اندازه حفرات 6 نانومتر و حجم حفرات cm3/g 64/1 است. همچنين افزايش 3 برابري ظرفيت جذب روغنموتور براي نمونه ايروژل سيليس آبگريز با افزايش متوسط اندازه حفرات و حجم كل حفرات حاصل شد. همچنين در اين پژوهش بلانكتهاي ايروژلي با شرايط مختلف سنتز ايروژل، انواع لايه بيبافت و با روشهاي پوششدهي متفاوت سنتز و مشخصهيابي شدند و اثر عوامل مختلف بر ميزان جذب نفت و روغن آنها مورد ارزيابي قرار گرفت. در اكثر پژوهشهاي انجام شده، بهمنظور تهيه بلانكت ايروژلي از روش غوطهوري لايه منسوج در محيط سل استفاده شده كه حجم بالايي از سل موردنياز بوده و منجر به انسداد حفرات بزرگ منسوج در روش سنتز درجا توسط ذرات ايروژل ميشود كه انتقال جرم سيال نفت و روغن را به درون سازه ليفي حاصل دشوار كرده و كارايي عملكرد بلانكت ايروژلي بهعنوان جاذب را بسيار محدود ميسازد. در پژوهش حاضر براي تهيه بلانكت ايروژلي به روش سنتز درجا از روش اسپري كردن محلول سل بر روي منسوج استفاده شد كه منجر به حفظ حفرات ماكرومتري منسوج و سهولت انتقال جرم سيال روغن يا نفت به درون بلانكت ايروژلي شده و جذب روغنموتور نمونه حاصل نسبت به نمونه بلانكت تهيه شده به روش مرسوم غوطهوري بيش از 60% بهبود يافت. در شرايط بهينه، ميزان جذب نفت خام بلانكت ايروژلي حاصل نسبت به ذرات ايروژل و لايه بيبافت شاهد به ترتيب 106% و 45% افزايش نشان داد. همچنين با طراحي سازه ليفي سهلايه شامل دو لايه بيبافت و بلانكت ايروژلي، ميزان جذب نفت خام توسط بلانكت ايروژلي تا 25% و لايه بيبافت شاهد تا 80% بهبود يافت.
چكيده انگليسي :
Aerogel as an advanced nanostructure is being used as a suitable adsorbent for organic and petroleum pollutant removal from water due to its unique properties such as high porosity and specific surface area, low density, good biocompatibility, reusability, and the possibility of oil recovery and its potential of modification by functional groups. The other works on petroleum pollution removal by aerogel are limited to the use of hydrophobic silica aerogel granules and chemical interactions between the adsorbent and oil. While the oil physical absorption mechanism affected by the pore structure of aerogel has been investigated, restrictively. On the other hand, the use of fibrous materials containing aerogel (aerogel blanket) as an oil absorbent has been limitedly reported. Therefore, the investigation of the petroleum and oil absorption by the hydrophobic silica aerogels with different pore structures and aerogel blankets prepared from polypropylene nonwoven fabric was aimed in this work. Silica aerogel particles with different pore structures, physical properties, and hydrophobicity were synthesized via a two-step sol-gel process, modification by trimethylchlorosilane (TMCS), and ambient pressure drying. The aerogel blanket samples were prepared by the in situ synthesis of aerogel particles on the nonwoven fabric. The aerogel granules and blankets were characterized by using the FE-SEM, nitrogen absorption and desorption analysis, FTIR, and contact angle tests, and then their petroleum and oil absorption capacity was evaluated.
The results revealed that the oil absorption by the hydrophobic aerogel sample with an average pore size of 29 nm and a pore volume of 4.02 cm3/g improved 5-fold compared to the hydrophilic aerogel sample with an average pore size of 6 nm and a pore volume of 1.64 cm3/g. Also, an increase of 3-fold in the engine oil absorption performance of the hydrophobic aerogel sample was achieved by increasing the average pore size and the total pore volume. Aerogel blanket samples with different aerogel synthesis conditions, types of nonwoven layers, and coating methods were synthesized and the effect of different factors on their petroleum and oil absorption was evaluated. In most of the previous works, aerogel blanket has been prepared via the immersing textile layer in the silica sol which required a large sol volume leading to the obstruction of macro pores of the textile in the in situ synthesis method. This makes it difficult to mass transfer the petroleum and oil into the blanket structure which decreases the oil and petroleum adsorption capacity of the aerogel blanket as an absorbent. In the present work to prepare the aerogel blanket by in situ synthesis method, the low volume of silica sol sprayed on the fabric surface while preserving the macro pore of the fabric layer leads to the better mass transfer of petroleum or oil into the aerogel blanket structure. The results showed that the engine oil absorption of the obtained blanket improved by more than 60% compared to the blanket sample prepared by the conventional immersion method. In optimal conditions, the crude petroleum absorption performance of the aerogel blanket increased by 106% and 45% respectively, compared to the aerogel particles and the control fabric layer. Also, an increase of 25% and 80% in the crude petroleum absorption into the aerogel blanket and the control nonwoven layer respectively, was achieved by designing a three-layer fibrous structure including two PP nonwoven layers and an aerogel blanket.