شماره ركورد
25371
شماره راهنما
CHE3 265
عنوان
فوم هاي فوق آب گريز اصلاح سطحي شده با نانوكامپوزيت پلييورتان هاي پايهآبي حاوي تركيبات فلوئوردار: تهيه، شناسايي و جداسازي روغن/آب
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
شيمي - پليمر
دانشكده
شيمي
تاريخ دفاع
1404/06/31
صفحه شمار
146 ص.
استاد راهنما
عباس محمدي
كليدواژه فارسي
فوم پلييورتان , پلييورتان آب پايه , فوق آبگريزي , تركيبات فلوئوره , اصلاح سطحي
چكيده فارسي
اين پژوهش با هدف ارائه راهكاري كارآمد و اقتصادي براي جداسازي نفت و حلالهاي آلي از آب، به تهيه و بهينهسازي فومهاي پلييورتان فوقآبگريز پرداخته است. در اين مطالعه، فومهاي پلييورتان نرم با ساختار سلولي باز از مواد اوليهاي نظير تولوئن ديايزوسيانات و پليپروپيلن گلايكول سنتز شده و سپس به كمك روش غوطهوري، سطح آنها با نانوكامپوزيتهاي حاوي تركيبات فلوئوردار اصلاح گرديد تا ويژگيهاي فوقآبگريزي و روغندوستي بهبود يابد. از جمله آزمونهاي انجامشده جهت ارزيابي خواص فيزيكي و شيميايي، ميتوان به تعيين زاويه تماس، تحليل وزنسنجي حرارتي (TGA)، ميكروسكوپي الكتروني روبشي (FESEM) و طيفسنجي XPS اشاره نمود.
نتايج تجربي نشان داد كه فومهاي اصلاحشده حتي پس از 50 چرخه استفاده متوالي، توانايي جذب بيش از 95 درصد از روغن و حلالهاي آلي را حفظ ميكنند؛ همچنين، اين فومها با چگالي تقريبي 100 كيلوگرم بر متر مكعب قادر به جذب روغن تا 55 برابر وزن خود بوده و در شرايط محيطي سخت از جمله دماهاي متغير، محيطهاي اسيدي، قليايي و شور عملكرد پايداري ارائه ميدهند. استفاده از سامانه خلاء ساده، امكان جداسازي پيوسته و انتخابي روغن از آب را فراهم ساخته است.
علاوه بر نتايج عملكردي، تحليلهاي مورفولوژيكي و شيميايي نشان داد كه پوششدهي سطح فوم با نانوكامپوزيتهاي پايهآب حاوي تركيبات فلوئوردار موجب ايجاد زبري ميكرو-نانو يكنواخت و چسبندگي قوي بين لايهي پوششي و اسكلت پلييورتان شد. اين ساختار دوگانه نقش مؤثري در افزايش زاويه تماس، كاهش انرژي سطحي و پايداري فوقآبگريزي فوم ايفا كرده است. نتايج آزمونهاي بازيافت نشان داد كه فومها پس از چندين چرخه جذب و فشردگي، بدون افت محسوس در ظرفيت جذب، قابليت استفادهي مجدد دارند. اين يافتهها اثبات ميكند كه اصلاح سطح با رويكرد مبتني بر پراكنههاي آبپايه، روشي پايدار و صنعتي براي توليد فومهاي فوقآبگريز با عملكرد بلندمدت فراهم ميسازد.
نوآوري اصلي اين پژوهش در استفاده از پلييورتان آبپايه به عنوان جايگزيني مقرونبهصرفه براي تركيبات گرانقيمت مانند پليدوپامين، كاهش تعداد مراحل ساخت و امكان اصلاح سطح به صورت ساده در مقياس صنعتي ميباشد. علاوه بر اين، عدم نياز به حلالهاي آلي در فرآيند سنتز، جنبههاي زيستمحيطي و ايمني را بهبود ميبخشد. فومهاي تهيهشده علاوه بر خواص فوقآبگريزي، داراي خاصيت ضدميكروبي و نورگرمايي بوده كه اين ويژگيها، دوام و كارايي آنها را در شرايط عملي و محيطهاي پرچالش افزايش ميدهد.
اين دستاوردها، امكان به كارگيري فومهاي فوقآبگريز اصلاحشده در پاكسازي پسابهاي روغني و بازيابي نفت به صورت پيوسته را فراهم آورده و ميتواند گامي مؤثر در جهت حل مسائل زيستمحيطي ناشي از آلودگي منابع آبي تلقي شود.
كليدواژه لاتين
Polyurethane Foam , Waterborne Polyurethane , Superhydrophobicity , Fluorine-containing Compounds , Surface Modificatio
عنوان لاتين
Superhydrophobic foams modified with waterborne polyurethane nanocomposites containing fluorinated compounds: Preparation, characterization, and oil/water separation
گروه آموزشي
شيمي پليمر
چكيده لاتين
Given the escalating global demand for access to clean water and the mounting environmental concerns stemming from oil-contaminated wastewater, the treatment of these effluents has become a critical challenge. In this context, superhydrophobic foam technology has garnered significant attention due to its advantages, including the elimination of chemical additives to the effluent, low energy consumption, and high efficiency. Polyurethane (PU) foams, characterized by their three-dimensional porous structure and high absorption capacity, are recognized as a promising option for oil-water separation. However, challenges such as the complexity of the production process, insufficient stability of the hydrophobic properties, and high costs have imposed limitations on their industrial application.
In this research, flexible PU foams with an open-cell structure were synthesized using hydrophobic raw materials, namely toluene diisocyanate and polypropylene glycol. Subsequently, the surface of these foams was modified with a PU nanocomposite via a dip-coating method to achieve stable superhydrophobicity. The properties of the fabricated foams, including thermal stability, mechanical strength, surface morphology, and performance in oil/solvent-water separation, were evaluated using standard testing procedures.
The results demonstrated that the modified foams retained a high absorption capacity of over 95% even after 50 consecutive cycles of use. These low-density foams (approximately 100 kg/m³) were capable of absorbing oils and organic solvents up to 55 times their own weight and exhibited stable performance under harsh environmental conditions (varying temperatures, acidic, alkaline, and saline environments, and water currents). Furthermore, the continuous and selective separation of oil from water was enabled using a simple vacuum system.
In addition to the performance results, morphological and chemical analyses demonstrated that coating the foam surface with water-based nanocomposites containing fluorinated compounds created uniform micro-nano roughness and strong adhesion between the coating layer and the polyurethane skeleton. This dual structure played an effective role in increasing the contact angle, decreasing the surface energy, and enhancing the superhydrophobicity stability of the foam. The recycling test results indicated that the foams are reusable after several absorption and compression cycles without a noticeable decrease in their absorption capacity. These findings prove that surface modification with a water-dispersion-based approach provides a sustainable and scalable method for producing long-term performing superhydrophobic foams.
This study indicates that PU foams coated with a water-based nanocomposite represent a durable and efficient option for the treatment of oily wastewater and resource recovery on an industrial scale. Key achievements of this research include improved hydrophobic stability, simplified production process, the creation of antibacterial properties, and enhanced flame resistance.
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
150565
نويسنده