Fabricação de biochar

Oct 01, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9453 (2023) Citar este artigo

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Neste estudo, relatamos um processo fácil e ecológico para a síntese de biochar, BC, e um nanocompósito cobalto-biochar, Co-BC, usando biomassa de palha de arroz. Construímos dois revestimentos superhidrofóbicos em substratos de aço usando eletrodeposição potenciostática de biocarvão modificado com níquel, Ni@BC, e níquel modificado por nanocompósito cobalto-biocarvão, Ni@Co-BC, então, esses revestimentos foram embebidos em uma solução etanólica de ácido esteárico. A espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier mostrou que o revestimento Ni@BC enxertado com ácido esteárico, Ni@BC@SA, e o compósito Ni@Co-BC enxertado com ácido esteárico, Ni@Co-BC@SA, estavam bem enxertados na superfície do aço . A microscopia eletrônica de varredura revelou que os revestimentos superhidrofóbicos possuem características em nanoescala. Os resultados da microscopia de força atômica mostraram que o revestimento Ni@BC@SA apresentava maior rugosidade que Ni@BC@SA, resultando em maior superhidrofobicidade. Os ângulos de contato com a água para os revestimentos Ni@BC@SA e Ni@Co-BC@SA foram 161° e 165°, respectivamente, enquanto os valores dos ângulos de deslizamento da água para ambos os revestimentos foram 3,0° e 1,0°, respectivamente. A estimativa quantitativa da eficiência de inibição de incrustações revelou que o revestimento Ni@BC@SA exibiu maior eficiência em comparação com o revestimento Ni@BC@SA. Além disso, o revestimento Ni@Co-BC@SA demonstrou melhor resistência à corrosão, resistência aos raios UV, resistência à abrasão mecânica e estabilidade química em comparação com o revestimento Ni@BC@SA. Estes resultados destacam o desempenho superior do revestimento Ni@Co-BC@SA e seu potencial como um revestimento superhidrofóbico altamente eficaz e durável para substratos de aço.

Amplas aplicações industriais são previstas para diversas superfícies sintéticas superhidrofóbicas, SHP, inspiradas em folhas de lótus1. As superfícies SHP são superfícies excepcionalmente repelentes à água com um ângulo de contato com a água, WCA, superior a 150° e um ângulo de deslizamento com água, WSA, inferior a 10°2,3. Devido à importância das superfícies SHP tanto na pesquisa fundamental quanto nas aplicações práticas, elas têm recebido muita atenção. É de conhecimento comum que o comportamento de umedecimento da superfície é determinado pela combinação de superfícies rugosas e várias energias superficiais. Superfícies ásperas de baixa energia superficial são tipicamente SHP, enquanto superfícies ásperas de alta energia superficial são tipicamente superhidrofílicas . Compostos perfluorados, como fluorosilanos ou moléculas de fluorocarbono, têm sido historicamente usados ​​como materiais de baixa energia superficial devido à sua energia superficial excepcionalmente baixa4,5. No entanto, foi demonstrado que o emprego de tais fluorocarbonos de cadeia longa tem efeitos colaterais muito prejudiciais, incluindo persistência, bioampliação e bioacumulação5,6,7,8,9. Portanto, pode ser um desafio projetar uma superfície de PCH com essas características, principalmente quando há preocupações com a segurança ambiental. Como resultado, é essencial desenvolver procedimentos e materiais de baixo custo e ecologicamente corretos para a produção de superfícies de PCH5,10.

As superfícies de PCH têm uma ampla gama de usos, incluindo resistência à corrosão, resistência aos raios UV, tecnologias de separação óleo-água, etc.11,12,13,14,15,16,17,18. Diversas técnicas foram apresentadas para o desenvolvimento de revestimentos SHP, incluindo eletrodeposição, oxidação anódica eletroquímica, anodização, etc.19,20,21,22,23,24,25,26. Devido à sua simplicidade, procedimento de baixa temperatura, nanoestrutura limpa, acessível e ajustável, a eletrodeposição é um ótimo método para projetar superfícies artificiais de SHP3. Devido ao seu custo barato e propriedades mecânicas superiores, o aço carbono é o material de construção mais frequentemente utilizado em inúmeras indústrias. É empregado em grandes quantidades em equipamentos para processamento de metais, construção, pontes, processamento químico, produção de petróleo e aplicações marítimas27,28. A corrosão do aço e sua supressão sob estas condições são problemas complicados de processo. A corrosão é normalmente vista como um dos problemas mais críticos da nossa sociedade, com ramificações económicas e de segurança29,30,31. As superfícies de aço podem ser protegidas usando uma variedade de métodos, o desenvolvimento de revestimentos SHP, que aumentam significativamente a resistência à corrosão do aço, é um dos mais cruciais32,33.