Modificação da superfície induzida por irradiação gama do nanocompósito (PVC/HDPE)/ZnO para melhorar a remoção de óleo e condutividade usando multifísica COMSOL

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 7514 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O filme nanocompósito de mistura foi preparado por cargas de ZnO irradiado em proporções de (5% em peso) dentro da matriz de PVC / HDPE usando uma técnica de extrusora de fusão a quente. As propriedades físicas e químicas das amostras de ZnO irradiadas e não irradiadas são comparadas. O espectro Vis-UV de ZnO mostra um pico de absorção em um comprimento de onda de 373 nm que foi ligeiramente deslocado para o vermelho para 375 nm para uma amostra irradiada de ZnO a uma dose de 25 kGy devido ao defeito da estrutura cristalina pela vacância de oxigênio durante irradiações gama. Este crescimento do local do defeito leva a uma diminuição nas lacunas de energia de 3,8 para 2,08 eV. A condutividade AC da amostra de ZnO aumentou após o processo de irradiação gama (25 kGy). Os nanocompósitos (PVC/HDPE)/ZnO foram re-irradiados com raios γ a 25 kGy na presença de quatro meios diferentes (óleo de silício, silicato de sódio, parafina e água). FTIR e XRD foram realizados para monitorar as mudanças na composição química. O novo pico em 1723 cm-1 atribuído aos grupos C = O foi observado em amostras de ZnO irradiadas (PVC / HDPE) apenas em meio de silicato de sódio e água. Este processo induziu novos grupos funcionais na superfície da amostra de mistura (PVC/HDPE)/ZnO. Este trabalho tem como objetivo desenvolver ZnO (PVC/PEAD) para separação óleo/água. A maior capacidade de adsorção de óleo foi observada em amostras funcionalizadas por grupos C=O com base nos diferentes óleos testados. Os resultados sugerem que a caracterização superficial do (PVC/HDPE)/ZnO pode ser modificada para aumentar o potencial de adsorção de óleo. Além disso, a dose de irradiação gama melhorou significativamente a condutividade AC em comparação com a amostra não irradiada. De acordo com a COMSOL Multiphysics, a amostra irradiada (PVC/HDPE)ZnO em água apresenta distribuição perfeita e uniforme do campo elétrico em cabos de média tensão (22.000 V).

A produção de polímeros com propriedades físico-químicas específicas combinadas com as características concedidas pelas modificações superficiais tornou-se possível através da fascinante e prática modificação superficial de materiais poliméricos . Existem várias maneiras de alterar as propriedades dos polímeros, incluindo mistura, enxerto e cura. A mistura física de dois (ou mais) polímeros resulta nas características desejadas. No processo conhecido como “enxerto”, os monômeros são ligados covalentemente (modificados) à cadeia polimérica. Em contraste, uma mistura de oligómeros é polimerizada durante a cura para gerar um revestimento fisicamente ligado ao substrato. O enxerto é uma abordagem promissora para adicionar grupos funcionais únicos a polímeros para alterar suas propriedades originais e expandir a gama de suas aplicações5,6.

Após o processo de irradiação, alguns átomos e grupos, como átomos de hidrogênio e grupos carbono-hidrogênio, são liberados dos polímeros, ocorrendo uma mudança considerável na estequiometria do polímero. Se presentes nas cadeias poliméricas, outras espécies atômicas (O, F, Cl, N, etc.) também são expelidas7,8,9. É bem sabido que após a exposição à radiação, os polímeros perdem hidrogênio, o que tem efeito nas propriedades físicas do polímero. A cisão da cadeia produz unidades menores e cadeias oligôméricas, uma profusão de ligações duplas e o surgimento de radicais. Estas pequenas partículas enriquecidas com carbono podem agregar-se em aglomerados eletricamente condutores devido à sua atração eletrostática9.

As características físico-químicas e a condutividade elétrica das misturas de polímeros podem ser melhoradas pela adição de nanocargas como nanopartículas de ZnO em várias proporções . Parangusan et al.15 estudaram as propriedades piezoelétricas de nanofibras eletrofiadas feitas de hexafluoropropileno de fluoreto de polivinilideno puro (PVDF-HFP) e PVDF-HFP/Co-ZnO. Observou-se que as nanofibras PVDF-HFP e PVDF-HFP / 2% em peso de Co-ZnO têm constantes dielétricas de 8 e 38, respectivamente. Esses resultados sugerem que o nanocompósito relatado pode criar sistemas elétricos flexíveis, vestíveis e autoalimentados. Polímeros termoplásticos, como o nanocompósito de polietileno de alta densidade (PEAD), podem ser reforçados com nanoplacas de grafite, nanodiamantes e nanotubos de carbono para improvisar propriedades reológicas, térmicas e mecânicas . A modificação da superfície do PVC no passado era realizada por meio de plasma, descarga corona, enxerto químico, descarga elétrica, deposição de vapor metálico (MVD), tratamento por chama ou modificação química direta (oxidação, hidrólise, etc.), e até mesmo alguma modificação física do superfície. Este estudo visa aumentar a hidrofilicidade do PVC em ZnO (PVC/HDPE) que foi irradiado com raios Ɣ em vários meios, incluindo água, cera de parafina, óleo de silício e soluções de silicato de sódio. A irradiação gama apresenta diversas vantagens sobre outras técnicas, incluindo alto poder de penetração, processamento rápido, distribuição uniforme de dose, flexibilidade do sistema e capacidade de utilização em diversos ambientes20,21,22,23,24,25. A irradiação gama é um método ecologicamente correto e o mais produtivo26,27,28,29,30,31. Este estudo também visa aumentar a hidrofilicidade do (PVC/HDPE) para aplicações de separação óleo/água. As aplicações para separação óleo-água são cruciais para processos industriais como aqueles que envolvem petróleo, metalurgia, água de esgoto de navios e indústria alimentícia, que utiliza gorduras, óleos e graxas, entre outras coisas.