Fabricação de biochar

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9453 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Neste estudo, relatamos um processo ecologicamente correto e fácil para a síntese de biochar, BC, e um nanocompósito de cobalto-biochar, Co-BC, usando biomassa de palha de arroz. Construímos dois revestimentos superhidrofóbicos em substratos de aço usando eletrodeposição potenciostática de biochar modificado por níquel, Ni@BC, e nanocompósito de níquel modificado por biochar de cobalto, Ni@Co-BC, em seguida, esses revestimentos foram embebidos em uma solução etanólica de ácido esteárico. A espectroscopia infravermelha 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, foram bem enxertados na superfície do aço . A microscopia eletrônica de varredura revelou que os revestimentos superhidrofóbicos têm características em nanoescala. Os resultados da microscopia de força atômica mostraram que o revestimento Ni@Co-BC@SA apresentou maior rugosidade do que o Ni@BC@SA, resultando em maior superhidrofobicidade. Os ângulos de contato da água para os revestimentos Ni@BC@SA e Ni@Co-BC@SA foram de 161° e 165°, respectivamente, enquanto os valores dos ângulos de deslizamento da água para ambos os revestimentos foram de 3,0° e 1,0°, respectivamente. A estimativa quantitativa da eficiência de inibição de incrustação revelou que o revestimento Ni@Co-BC@SA exibiu maior eficiência em comparação com o revestimento Ni@BC@SA. Além disso, o revestimento Ni@Co-BC@SA demonstrou maior resistência à corrosão, resistência aos raios UV, resistência à abrasão mecânica e estabilidade química em comparação com o revestimento Ni@BC@SA. Esses 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.

Aplicações industriais amplas são esperadas para várias superfícies sintéticas superhidrofóbicas, SHP, inspiradas nas 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 na água, WSA, inferior a 10°2,3. Devido à importância das superfícies SHP tanto em pesquisas fundamentais quanto em aplicações práticas, elas receberam muita atenção. É do conhecimento comum que o comportamento de umedecimento da superfície é determinado pela combinação de superfícies ásperas e várias energias de superfície. Superfícies rugosas de baixa energia superficial são tipicamente SHP, enquanto superfícies rugosas de alta energia superficial são tipicamente superhidrófilas4. Compostos perfluorados, como fluoro silanos ou moléculas de fluorocarbono, têm sido historicamente usados ​​como materiais de baixa energia de superfície devido à sua energia de superfície excepcionalmente baixa4,5. No entanto, foi demonstrado que o emprego de tais fluorocarbonetos de cadeia longa tem efeitos colaterais muito prejudiciais, incluindo persistência, biomagnificação e bioacumulação5,6,7,8,9. Portanto, pode ser desafiador projetar uma superfície de PCH com essas características, principalmente quando há preocupações com a segurança ambiental. Assim, torna-se fundamental o desenvolvimento de procedimentos e materiais de baixo custo e ecologicamente corretos para a produção de superfícies SHP5,10.

As superfícies SHP têm uma ampla gama de usos, incluindo resistência à corrosão, resistência a UV, tecnologias de separação óleo-água, etc.11,12,13,14,15,16,17,18. Várias técnicas têm sido 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 SHP artificiais3. Devido ao seu baixo custo e propriedades mecânicas superiores, o aço carbono é o material de construção mais utilizado em diversas 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 nessas condições são problemas de processo complicados. A corrosão é tipicamente vista como um dos problemas mais críticos da nossa sociedade, com ramificações econômicas e de segurança29,30,31. 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.