バイオ炭の作製

Jun 04, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9453 (2023) この記事を引用

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この記事に対する著者の訂正は、2023 年 8 月 9 日に公開されました。

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この研究では、稲わらバイオマスを使用した、バイオ炭 BC およびコバルト-バイオ炭ナノ複合材料 Co-BC の環境に優しい簡単な合成プロセスを報告します。 ニッケル修飾バイオ炭 Ni@Co-BC とコバルトバイオ炭ナノ複合材料で修飾したニッケル Ni@Co-BC の定電位電着を使用して、鋼基板上に 2 つの超疎水性コーティングを構築し、その後、これらのコーティングをエタノール性ステアリン酸溶液に浸漬しました。 フーリエ変換赤外分光法により、ステアリン酸グラフト Ni@BC コーティング Ni@BC@SA およびステアリン酸グラフト Ni@Co-BC 複合材料 Ni@Co-BC@SA が鋼表面に良好にグラフトされていることを示しました。 。 走査型電子顕微鏡検査により、超疎水性コーティングがナノスケールの特徴を持っていることが明らかになりました。 原子間力顕微鏡検査の結果、Ni@Co-BC@SA コートの粗さが Ni@BC@SA よりも高く、その結果、超疎水性が高くなることがわかりました。 Ni@BC@SA および Ni@Co-BC@SA コーティングの水接触角はそれぞれ 161°および 165°であり、両方のコーティングの水滑り角の値はそれぞれ 3.0°および 1.0°でした。 スケール抑制効率の定量的評価により、Ni@Co-BC@SA コーティングが Ni@BC@SA コーティングと比較してより高い効率を示すことが明らかになりました。 さらに、Ni@Co-BC@SA コーティングは、Ni@BC@SA コーティングと比較して、耐食性、耐紫外線性、機械的耐摩耗性、および化学的安定性が向上していることが実証されました。 これらの結果は、Ni@Co-BC@SA コーティングの優れた性能と、鋼基材に対する非常に効果的で耐久性のある超疎水性コーティングとしての可能性を強調しています。

蓮の葉からインスピレーションを得たいくつかの合成超疎水性 SHP 表面は、幅広い産業用途が期待されています 1。 SHP 表面は、水接触角 (WCA) が 150° 以上、水滑り角 (WSA) が 10° 未満である、非常に撥水性の高い表面です 2,3。 SHP 表面は基礎研究と実用化の両方において重要であるため、多くの注目を集めています。 表面の濡れ挙動が粗い表面とさまざまな表面エネルギーの組み合わせによって決まることは周知の事実です。 表面エネルギーの低い粗面は通常 SHP ですが、表面エネルギーの高い粗面は通常超親水性です4。 フルオロシランやフルオロカーボン分子などの過フッ素化化合物は、表面エネルギーが非常に低いため、歴史的に低表面エネルギー材料として使用されてきました4,5。 しかし、このような長鎖フルオロカーボンの使用には、残留性、生物濃縮、生物蓄積などの非常に有害な副作用があることが実証されています5、6、7、8、9。 したがって、特に環境の安全性に懸念がある場合、これらの特性を備えた SHP 表面を設計することは困難になる可能性があります。 その結果、SHP 表面を製造するための低コストで環境に優しい手順と材料を開発することが不可欠です5,10。

SHP 表面には、耐食性、耐紫外線性、油水分離技術などを含む幅広い用途があります 11、12、13、14、15、16、17、18。 SHP コーティングの開発には、電着、電気化学的陽極酸化、陽極酸化などのいくつかの技術が提案されています 19、20、21、22、23、24、25、26。 電着は、そのシンプルさ、低温手順、クリーン、手頃な価格、および調整可能なナノ構造により、人工 SHP 表面を設計するための優れた方法です 3。 炭素鋼は、安価なコストと優れた機械的特性により、多くの産業で最も頻繁に使用されている建築材料です。 これは、金属加工、建築、橋梁、化学処理、石油生産、海洋用途の機器に大量に使用されています27,28。 このような条件下での鋼の腐食とその抑制は、複雑なプロセス上の問題です。 腐食は通常、経済的および安全性に影響を及ぼす社会の最も重大な問題の 1 つとみなされています 29,30,31。 鋼の表面はさまざまな方法で保護できますが、鋼の耐食性を大幅に向上させる SHP コーティングの開発は最も重要なものの 1 つです 32,33。