[論文レビュー] Surface engineered porous graphitic sheets for magnetic recovery of oil

Meenakshi Talukdar, Sushant Kumar Behera+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2018

Surface Modification and Superhydrophobicity被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、多孔質構造、FeNi3ナノ粒子、および脂肪酸修飾表面を有する磁性で疎水性/油親和性のグラファイト状C3N4ナノスケートを設計し、水からの粘性原油の効率的かつ選択的吸着と磁気回収を実現した。この複合材料は、純粋な材料に比べ最大9倍の油吸着容量を達成し、外部磁場を用いた高効率な油回収を可能にし、環境に配慮した再利用を支援する。

ABSTRACT

Efficient oil adsorption and recovery is a generous universal importance for future energy demand and environmental protection. Adsorbents based on 2D flatland with engineered surfaces can overcome the limitations of conventional methods for selective oil absorption. Here, we report magnetic hydrophobic/oleophilic graphitic C3N4 nanosheets that exhibit excellent oil sorption performance and ready removal of adsorbed oil using magnetic field. Combining porous and nanosheet structure along with magnetic FeNi3 and fatty acid surface functionalization make the system an ideal adsorbent for adsorbing and separating viscous crude oil from water. The nanocomposite can be further recycled and reused in an ecofriendly manner for oil adsorption and recovery. The graphitic sheets selectively absorb a wide range of drilled oils with enhancement of thickness upto 9 folds than the pristine one. Oil can be collected and recovered with high efficiencies once, it gets adsorbed by the adsorbent.

研究の動機と目的

• 効率的で選択的かつ再利用可能な油漏れ浄化の課題に対処すること。
• 2次元ナノ材料の設計により、従来の油吸着法の限界を克服すること。
• 容易な分離と再利用が可能な磁性で疎水性/油親和性の吸着材を開発すること。
• 水中環境からの粘性原油の高容量吸着を可能にすること。
• 再利用可能性と環境に配慮した運用を通じて、環境持続可能性を確保すること。

提案手法

• 表面積の向上と物質移動の促進を目的に、内在的多孔質構造を有するグラファイト状C3N4ナノスケートを合成する。
• 外部磁場による制御を可能にするために、ナノスケートフレームワークに磁性FeNi3ナノ粒子を組み込む。
• 表面を脂肪酸で修飾し、疎水性と油親和性を誘導して油への選択的親和性を付与する。
• 構造的・機能的整合性を確認するため、複合材料の磁気応答性、表面化学、多孔質性を評価する。
• 常温下で水-油混合系における油吸着容量と選択性を評価する。
• 吸着した油を含む複合材料の磁気回収を実証し、複数サイクルにわたる再利用性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多孔質で2次元のグラファイト状C3N4ナノスケートに磁性FeNi3と脂肪酸修飾を施すことで、高油吸着容量と高い選択性を達成できるか？
• RQ2 磁性成分が、水からの吸着材の迅速かつ効率的な分離をどの程度可能にするか？
• RQ3 表面工学的修飾が、純粋なC3N4に比べて油吸着量をどのように向上させるか？
• RQ4 繰り返しの油吸着および磁気回収サイクルにおける複合材料の再利用性と再利用性能はいかほどか？
• RQ5 本システムは、水中からの粘性原油を高効率で効果的に吸着および回収できるか？

主な発見

• 磁性で多孔質なグラファイト状C3N4ナノコンポジットは、純粋なC3N4に比べ最大9倍の油吸着容量を示した。
• 表面修飾ナノスケートは強い疎水性と油親和性を示し、水からの油選択的吸着を可能にした。
• 磁性FeNi3ナノ粒子のおかげで、外部磁場を用いることで油を含んだ複合材料を完全かつ迅速に水から分離できた。
• 複数サイクルにわたっても高い性能を維持し、効果的な再利用可能性と環境に配慮した再利用性を示した。
• 吸着後、油は効率的に回収可能であり、実用的な油漏れ浄化への実現可能性が確認された。