نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده لیزروپلاسما، دانشگاه شهید بهشتی تهران

2 دانشکده فیزیک، دانشگاه شهید بهشتی تهران

3 پژوهشکدۀ لیزر و پلاسما، دانشگاه شهید بهشتی، تهران. دانشکدة فیزیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران

چکیده

در سال­های اخیر، افزایش پساب های صنعتی بخش پتروشیمی بویژه نشت مکرر نفت و تخلیه پساب­های صنعتی در رودخانه­ ها، خطرات زیست محیطی و ضررهای اقتصادی زیادی را در جهان به وجود آورده است. در دهه گذشته استفاده از پارچه های آبگریز و روغن­ دوست به عنوان راهکاری برای پاکسازی آلودگی ­ها از طریق جذب و جداسازی آلاینده ها از پساب های صنعتی مورد توجه قرار گرفته است.
در این تحقیق از روش پلیمریزاسیون پلاسمایی فشار پایین با استفاده از مواد زیست ­سازگاری مانند پلی ­دی ­متیل ­سیلوکسان برای ساخت پارچه پنبه ­ای آبگریز و روغن­ دوست استفاده شد. همچنین پیش­ پردازش پلاسمای اکسیژن برای بهبود پیوند لایه ایجاد شده و پارچه پنبه­ ای، قبل از پلیمریزاسیون انجام شد.
تست زاویه تماس و ظرفیت جذب برای ارزیابی آبگریزی و اندازه ­گیری توانایی جذب روغن­های مختلف پارچه پوشش داده شده انجام شد. همچنین برای مشاهده تغییرات مورفولوژی روی سطح پارچه پنبه­ ای از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)، برای شناسایی پیوندهای ایجاد شده روی سطح از طیف­ سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز(FTIR-ATR) استفاده شد. تست بازده جداسازی آب و روغن و تست شستشو برای اندازه ­گیری نرخ جداسازی و ماندگاری پارچه پوشش داده شده استفاده شدند.
زاویه تماس آب پارچه پوشش داده شده 3±143 است که این آبگریزی حتی بعد از 10 چرخه شستشو تقریبا باقی می­ماند. همچنین نتایج SEM نشان داد سطح پارچه دارای توزیع تصادفی میکروساختارها یا یک ساختار سطحی شبیه نیلوفرآبی است. تست جداسازی آب و روغن نشان داد پارچه پوشش داده شده دارای بازده جداسازی بین 80 تا 100 درصد برای بیشتر مواد صنعتی حتی بعد از 15 چرخه جداسازی در دمای 25 و 90 درجه­ سانتی ­گراد است.. این نتایج نشان می­دهد که پارچه پوشش داده شده با روش پلیمریزاسیون پلاسمایی پتانسیل بالایی برای کاربرد در جداسازی آب و روغن و جذب انتخابی روغن دارد. این پارچه­ ها از جهت زیست سازگاری و قابلیت استفاده مجدد یک روش امیدوار کننده برای جداسازی روغن از آب محسوب می شوند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Hydrophobic and oleophilic cotton fabrics for efficient oil-water separation through low-pressure plasma polymerization

نویسندگان [English]

  • L Ghorbani 1
  • A Khatibi 2
  • B Shokri 3

1 Laser and Plasma Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran

2 . Faculty of Physics, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran

3 Laser and Plasma Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran. Faculty of Physics, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran

چکیده [English]

In recent years, the increase of industrial effluents in the petrochemical sector, in particular, the leakage of oil and the draining of industrial effluents in rivers, has created serious environmental hazards and huge economic losses in the world. In the past decade, the use of hydrophobic and oleophilic fabrics has been considered as a way to clean up contaminants through the absorption and separation of pollutants from industrial effluents.
In this research, the low-pressure plasma polymerization method based on eco-friendly materials like Polydimethylsiloxane was used to fabricate hydrophobic and oleophilic cotton fabric. Also a low-pressure oxygen plasma pre-treatment was performed before plasma polymerization to improve bonding between created layer and cotton fabric
Contact angle test and absorption capacity test was used to represent hydrophobicity of coated fabric and to measure the absorbance ability of different oils. Also scanning electron microscopy (SEM) was used to observe morphological changes on the surface of cotton fibers and Infrared Fourier transform (FTIR-ATR) spectroscopy to detect the chemical bonds created on the surface of fibers. Water-oil separation efficiency test and laundering test have been conducted to determine the separation rate and to represent durability of coated cotton, respectively.
The water contact angle of coated cotton fabric was 143±3 and approximately this high hydrophobicity behavior remained after 10 cycle laundering. Also SEM results showed that the surface of fibers was covered by a random distribution of several microscale structures or a hierarchical surface structure like the lotus leaf. Our Water-oil separation tests demonstrated that coated fabrics had separation efficiency between 80 until 100 percent for most of the industrial oil, even after 15 cycles at 250 c and 900 c. These results indicate that coated cotton fabrics with plasma polymerization method has a high potential for application in water-oil separation and selective oil absorption. The fabrics are promising for the development an environmental friendly and recyclable separation of oil from water.

کلیدواژه‌ها [English]

  • polydimethylsiloxane
  • plasma polymerization
  • hydrophobic-oleophilic fabrics
  • water-oil separation

  1. D Caschera, B Cortese, A Mezzi, M Brucale, G Maria Ingo, G Gigli, and G Padelettiet. “Ultra Hydrophobic/ Superhydrophilic Modi fi ed Cotton Textiles through Functionalized Diamond-Like Carbon Coatings for Self- Cleaning Applications”, Langmuir 29 (2013) 2775.
  2. B Cortese, D Caschera, F Federici, G M Ingo, and G Gigli, J. Mater. Chem. A 2, 19 (2014) 6781.
  3. F Liu, M Ma, D Zang, Z Gao, and C Wang, Carbohydr. Polym. 103, 1 (2014) 480.
  4. J H Shin, J Heo, S Jeon, J H Park, S Kim, and H Kang, J. Hazard. Mater. 365 (2019) 494.
  5. S A Stout and J R Payne, Marine Pollution Bulletin. 111, 1–2 (2016) 365.
  6. J Wang, F Han, B Liang, and G Geng, “Journal of Industrial and Engineering Chemistry 54 (2017) 174.
  7. J Zhang and S Seeger, Adv. Funct. Mater. 21, 24 (2011) 4699.
  8. C Yeom and Y Kim, Journal of Industrial and Engineering Chemistry Purification of oily seawater 40 (2016) 47.
  9. N J Shirtcliffe, G Mchale, M I Newton, and C C Perry, Advanced Material. 104, 13 (2003) 7777.
  10. A Chaudhary and H C Barshilia, J. Phys. Chem. C 115, 37 (2011) 18213.
  11. S S Latthe, A B Gurav, C S Maruti, and R S Vhatkar, 2012, 4 (2012) 76.
  12. L Feng et al., Angew. Chemie - Int. Ed. 43, 15 (2004) 2012.

13. Y Jin, P Jiang, Q Ke, F Cheng, Y Zhu, and Y Zhang, J. Hazard. Mater. 300 (2015) 175.

  1. ف ناصح‌نیا، ب گنجی‌پور، ا یوسف‌نژاد، س ش مهاجرزاده، س ا ‌م میری، ع ا ارضی، مجلة پژوهش فیزیک ایران. ۴، 2 (۱۳۸۳) 103.
    1. Q Zhu, Y Chu, Z Wang, N Chen, L Lin, F Liu, and Q Pan. J. Mater. Chem. A 1 (2013) 5386
    2. M Patowary, R Ananthakrishnan, and K Pathak, Journal of Environmental Chemical Engineering. 2, 4 (2014) 2078.
    3. A Zille, F R Oliveira, and A P Souto, Plasma Process. Polym. 12, 2 (2015) 98.
    4. A Sabbah, A Youssef, and P Damman, Appl. Sci. 6, 5 (2016) 152.

تحت نظارت وف ایرانی