L’utilizzo del grafene ossido nel trattamento dell’acqua
Introduzione
Una schiuma di materiale plastico viene arricchita depositando sulla superficie uno strato di grafene ossido. Si ottiene in questo modo un filtro. Le proprietà microscopiche del grafene si combinano con quelle macroscopiche per ottenere un filtro con ottime caratteristiche. Il principale utilizzo di questo filtro è l’addolcimento dell’acqua, gli ioni di sodio sono intrappolati. Le molecole dell’ossido di grafene hanno un elevatissimo rapporto superficie su volume, confrontando con altre strutture macroscopiche 3D di grafene. Per la filtrazione vengono utilizzate delle fibre cave. Per ottenere una membrana affidabile con pochi difetti, i difetti inoltre sono calo di pressione. L’utilizzo di schiume permette di avere una pressione più regolare. L’utilizzo di fibre cave può permettere di ottenere nanofiltrazioni di qualità.
Il principale motivo di studio è la differenza che c’è tra una struttura 3d di grafene e la schiuma polimerica poi rivestita da grafene. Ci sono diversi modi per applicare questo strato di grafene tipo CVD chemical vapor deposition ma è applicabile a soli piccoli volumi produttivi. In questa situazione dello stato dell’opera si posiziona il seguente articolo che ha come obiettivo un nuovo approccio alla diminuzione della durezza dell’acqua.
Materiali e metodi
Poliuretano PU F60 schiuma a cella aperta, le proprietà morfologiche del solo supporto vengono definite da un microscopio e da un studio d’immagine: i parametri che più servono sono la superficie rispetto al volume e la porosità. La schiuma è tagliata in cilindri di qualche centimetro di diametro e altezza. Questi prima del processo vengono lavati in acqua e asciugati. Il metodo di washcoating (lavaggio di rivestimento) avviene in una sospensione di grafene ossido in acqua, sulla schiuma in questo modo si deposita il grafene e l’acqua viene eliminata con un preriscaldamento in forno a 45° per diverse ore. Si ottiene GO/F60. Per definire come la deposizione è avvenuta si utilizzano due formule:
Il processo di washcoating è ripetuto per tre volte per ognuna di esse si può calcolare il primo parametro.
L’adesione dello strato depositato viene misurata tramite un bagno di sonicazione in cui la massa del campione viene misurata prime e dopo, si ottiene così la quantità di rivestimento persa. Per definire la morfologia del campione si utilizza il SEM.
Processo di addolcimento dell’acqua
Da un recipiente l’acqua viene pompata all'interno del filtro, un nanometro controlla che non ci siano perdite di pressione, l’acqua passa alla titolazione. Per l’esperimento è utilizzata acqua del rubinetto con durezza nominale
I valori di C sono ottenuti dalla titolazione di ciascun campione d’acqua.
Risultati
Il primo grafico mostra che si può arrivare fino al 30 % in peso di GO, dopo tre cicli di deposizione. La deposizione del GO permette la ostruzione dei pori della schiuma (pore clogging). L’ostruzione dei pori è un fenomeno che degrada la resistenza del supporto, quando il GO non è ben ancorato al supporto si stacca quando la matrice è soggetta ad uno sforzo. Tuttavia, le proprietà dell’assemblaggio di per sé del GO permettono un miglioramento delle proprietà della schiuma. C’è un doppio beneficio nel complesso delle interazioni tra liquido e solido: 1.un aumento della superficie del GO per unità di volume della schiuma 2. Un aumento della complessità del flusso attraverso una matrice porosa. Per definire la resistenza dello strato depositato di GO si fa un bagno in ultrasuoni e si ottengono perdite di peso fino al 45%. Se la perdita di peso fosse eccessiva si potrebbe pensare che i parametri di prova siano eccessivi per la matrice di polimero rispetto ai parametri adottati in rivestimenti ceramici. Il grafene ossido si trova spesso disperso in fluidi liquidi, ciò è possibile tramite gli ultrasuoni che possono dividere gli aggregati di GO in monolayer.
Valutazione della performance di addolcimento
Nei grafici è riportato il cumulativo assorbimento di ioni e l’efficienza di addolcimento comulativa.
Il supporto che non è rivestito (non ha subito il processo di washcoat) non ha potere di assorbimento.
Conclusioni
Il tema principale trattato in questo articolo è l’applicazione di una schiuma polimerica rivestita di GO come filtro per l’addolcimento dell’acqua. Riportiamo i punti principali raggiunti in questo esperimento:
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