توصيفگر ها :
ساختار متخلخل سيليس هيبريدي , پلي‌استايرن , آيروژل هيبريدي , آبگريزي , بلانكت آيروژلي , جذب تركيبات نفتي و روغني
چكيده فارسي :
ساختارهاي متخلخل به عنوان يك جاذب مناسب براي حذف آلاينده‌هاي آلي، روغني و نفتي مورد توجه بسياري از پژوهشگران قرار گرفته¬اند. پژوهش‌هاي انجام‌گرفته در اين راستا محدود به استفاده از گرانول‌هاي سيليس مزوحفره مانند ايروژل سيليس آبگريز بوده است. همچنين به شكل محدود، به هيبريد‌سازي ساختار مزوحفره با پليمرها به ويژه پلي¬استايرن در راستاي ايجاد خواص آبگريزي و بهبود مكانيزم جذب شيميايي و نيزكنترل حفرات و بهبود مكانيزم جذب فيزيكي تركيبات روغني و نفتي توسط ايروژل حاصل پرداخته شده است. از طرفي استفاده از سازه ليفي حاوي تركيبات سيليس متخلخل هيبريدي به‌عنوان جاذب تركيبات نفتي و روغني تاكنون مورد بررسي قرار نگرفته است. لذا در اين پژوهش، سنتز ساختار متخلخل هيبريدي پلي‌استايرن/سيليس با هدف كنترل ساختار حفرات و ايجاد حفرات ماكرومتري در شبكه سيليس به منظور بهبود عملكرد جذب روغن ساختار و نيز استفاده از پلي¬استايرن به جاي تركيبات سيلاني سمي و گران¬قيمت مرسوم براي آبگريزي ساختار مورد بررسي قرار گرفت. با كنترل شرايط سنتز و مقدار پلي‌استايرن موجود درشبكه سيليس مزوحفره، نمونه¬هاي متخلخل هيبريدي پلي‌استايرن/سيليس با ساختار حفرات و خواص فيزيكي و شيميايي متفاوت و با روش سل- ژل دو‌مرحله‌اي و خشك‌كردن در فشار محيط سنتز شدند. همچنين اثر حذف پلي‌استايرن از ساختار متخلخل هيبريدي با هدف ايجادحفرات بزرگ در ساختار مزوحفره برسي شد. پوشش¬دهي سازه ليفي با ساختار متخلخل هيبريدي و تهيه بلانكت ايروژلي به روش سنتز در جاي ذرات ايروژل هيبريدي بر بستر لايه بي‌بافت پلي‌استر انجام شد. نتايج نشان دادند شرايط بهينه براي جلوگيري از جدايي فازي محلول پلي‌استايرن از سل هيبريدي و تهيه ايروژل هيبريدي پلي‌استايرن/سيليس يكنواخت آبگريز و داراي حفرات ماكرومتري،شامل cc10 محلول پلي‌استايرن 10% وزني حجمي به ازاي cc10 سل سيليس و مقدار cc5/0 محلول تراكم است. در شرايط بهينه با اتصال ذرات پلي¬استايرن بر روي شبكه سيليس و تشكيل فيلم پليمري، ساختار متخلخل هيبريدي با حفرات ماكرومتري ايجاد مي‌شود. ميزان جذب روغن‌موتور توسط نمونه ايروژل هيبريدي پلي‌استايرن/سيليس با ساختار ماكروحفره حاصل تا بيش از 32 برابر نمونه ايروژل سيليس خالص آبدوست با متوسط اندازه حفرات 6 نانومتر و حجم حفرات مزومتري cm3/g 64/1 و تا 5 برابر نمونه ايروژل سيليس خالص آبگريز با متوسط اندازه حفرات 21 نانومتري و حجم حفرات cm3/g 5/4 افزايش يافت. با حذف پلي¬استايرن از شبكه هيبريدي با وجود تشكيل حفرات بزرگ در ساختار، ميزان جذب روغن نمونه به دليل كاهش شديد آبگريزي، كاهش يافت. نمونه¬هاي منسوج حاوي ايروژل هيبريدي با شرايط مختلف سنتز ايروژل هيبريدي، مقادير مختلف پلي‌استايرن و با روش‌هاي پوشش‌دهي سنتز و مشخصه‌يابي شدند. نتايج حاصل نشان دادند با كاهش حجم سل هيبريدي اسپري شده بر منسوج، ميزان انسداد حفرات بزرگ منسوج توسط ذرات ايروژل كاهش يافته و ظرفيت جذب روغن تا 144% بهبود يافت. در شرايط بهينه، ميزان جذب روغن سازه بلانكت ايروژل هيبريدي حاصل نسبت به نمونه¬هاي مشابه تهيه شده با ايروژل سيليس آبدوست و ايروژل سيليس آّبگريز شده با TMCS به ترتيب 30% و 65% افزايش نشان داد.
چكيده انگليسي :
Porous silica structures as suitable adsorbents for the removal of organic and petroleum pollutant from water have attracted increasing interests of researchers and industries due to their unique characteristics. The other works on petroleum pollution removal by aerogel are limited to the use of hydrophobic silica aerogel granules modified by toxic and expensive silane compounds such as TMCS. Also, Hybridization of mesoporous silica structure with organic polymers especially polystyrene aimed to hydrophobic properties and improved chemical absorption, as well as control of the pore structure and improved physical absorption of oil onto silica adsorbent has been investigated, restrictively. On the other hand, the use of fibrous materials containing hybrid porous silica compounds (aerogel blanket) as an oil absorbent has not been reported. Therefore, in this research, the synthesis of a polystyrene/silica hybrid porous structure (polystyrene/silica hybrid aerogel) with the aim of macro pores formation in the silica mesoporous network was done to improve the oil adsorption performance of silica aerogel. Polystyrene also, was used instead of the conventional toxic and expensive TMCS to achieve hydrophobic porous structure. By controlling the synthesis conditions and the amount of polystyrene in the mesoporous silica network, polystyrene/silica hybrid aerogels with different pore structures, and physical and chemical properties were synthesized by the two-step sol-gel method and dried at ambient pressure. The results showed that the optimal conditions to prevent the phase separation of polystyrene from hybrid silica sol and to prepare a uniform hydrophobic polystyrene/silica hybrid aerogel with macro pores, obtained at 10 cc of 10% polystyrene solution per 10 cc of silica sol and the amount of 0.5 cc of condensation solution for gel formation. In the optimal conditions, polystyrene particles were connected in the silica network and preferably on the surface of silica particles and formed a polymeric film leading to the hybrid porous network with macropores in its structure. The engine oil adsorption onto the polystyrene/silica hybrid aerogel sample with the macro porous structure increased more than 32-fold comparing to the hydrophilic pure silica aerogel sample with an average pore size of 6 nm and the meso pore volume of 1.64 cm3/g and also, increased 5-fold comparing to the hydrophobic pure silica aerogel sample with an average pore size of 21 nm and the meso pore volume of 4.5 cm3/g. Also, Decreasing the amount of condensation solution decreased the strength of the hybrid network, and by reducing the size of the macro pores, the oil absorption capacity of the sample decreased.
The PET fabric samples containing hybrid aerogels (hybrid aerogel blankets) with different synthesis conditions of hybrid aerogel, polystyrene content and coatings methods were characterized ant the oil adsorption capacity of them investigated. The results showed that the oil absorption capacity of the blankets prepared by spraying method increased by more than 40% compared to the blanket sample obtained by the conventional immersion method due to preserving the macro pore of the fabric layer leads to the better mass transfer of petroleum or oil into the aerogel blanket structure. By decreasing the hybrid sol volume coated on the fiber, the amount of fabric large pores which filled by aerogel particles decreased and oil absorption capacity improved by 144%. In the optimal conditions, the oil adsorption capacity of aerogel blanket prepared by using the 5cc hybrid sol and 10% polystyrene solution showed an increase of 30% and 65% respectively, compared to the pure hydrophilic silica aerogel blanket and pure hydrophobic silica aerogel blanket
