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Mar 22, 2024

Modification de la surface induite par l'irradiation gamma du nanocomposite (PVC/HDPE)/ZnO pour améliorer l'élimination de l'huile et la conductivité à l'aide du multiphysique COMSOL

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 7514 (2023) Citer cet article 619 Accès aux détails des métriques Un film nanocomposite mélangé a été préparé par des charges de ZnO irradié dans des rapports de (5 % en poids) à l'intérieur

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 7514 (2023) Citer cet article

619 Accès

Détails des métriques

Un film nanocomposite mélangé a été préparé en chargeant du ZnO irradié dans des proportions de (5 % en poids) à l'intérieur de la matrice PVC/HDPE à l'aide d'une technique d'extrudeuse thermofusible. Les propriétés physiques et chimiques des échantillons de ZnO irradiés et non irradiés sont comparées. Le spectre Vis-UV du ZnO montre un pic d'absorption à une longueur d'onde de 373 nm qui a été légèrement décalé vers le rouge à 375 nm pour un échantillon irradié de ZnO à une dose de 25 kGy en raison du défaut de structure cristalline dû à la lacune d'oxygène pendant irradiations gamma. Cette croissance du site du défaut entraîne une diminution des écarts énergétiques de 3,8 à 2,08 eV. La conductivité AC de l'échantillon de ZnO a augmenté après le processus d'irradiation gamma (25 kGy). Les nanocomposites (PVC/HDPE)/ZnO ont été réirradiés aux rayons γ à 25 kGy en présence de quatre milieux différents (huile de silicium, silicate de sodium, cire de paraffine et eau). FTIR et XRD ont été réalisés pour surveiller les changements dans la composition chimique. Le nouveau pic à 1723 cm−1 attribué aux groupes C=O a été observé dans des échantillons de ZnO irradiés (PVC/HDPE) uniquement dans des milieux de silicate de sodium et d'eau. Ce processus a induit de nouveaux groupes fonctionnels à la surface de l’échantillon de mélange (PVC/HDPE)/ZnO. Ce travail vise à développer du (PVC/HDPE)ZnO pour la séparation huile/eau. La capacité d’adsorption d’huile la plus élevée a été observée dans les échantillons fonctionnalisés par des groupes C=O basés sur les différentes huiles testées. Les résultats suggèrent que la caractérisation de la surface du (PVC/HDPE)/ZnO peut être modifiée pour améliorer le potentiel d'adsorption de l'huile. De plus, la dose d’irradiation gamma a considérablement amélioré la conductivité AC par rapport à l’échantillon non irradié. Selon COMSOL Multiphysics, l'échantillon irradié (PVC/HDPE)ZnO dans l'eau présente une répartition parfaite et uniforme du champ électrique dans les câbles moyenne tension (22 000 V).

La production de polymères dotés de propriétés physico-chimiques spécifiées combinées aux caractéristiques accordées par les modifications de surface est devenue possible grâce à la modification de surface fascinante et pratique des matériaux polymères1,2,3,4. Il existe différentes manières de modifier les propriétés des polymères, notamment le mélange, le greffage et le durcissement. Le mélange physique de deux (ou plusieurs) polymères aboutit aux caractéristiques souhaitées. Dans le processus connu sous le nom de « greffage », les monomères sont attachés (modifiés) de manière covalente à la chaîne polymère. En revanche, un mélange d'oligomères est polymérisé pendant le durcissement pour générer un revêtement physiquement attaché au substrat. Le greffage est une approche prometteuse pour ajouter des groupes fonctionnels uniques aux polymères afin de modifier leurs propriétés d'origine et d'élargir la gamme de leurs applications5,6.

Après le processus d'irradiation, certains atomes et groupes tels que les atomes d'hydrogène et les groupes carbone-hydrogène sont libérés des polymères, ce qui entraîne un changement considérable dans la stœchiométrie du polymère. Si elles sont présentes dans les chaînes polymères, d’autres espèces atomiques (O, F, Cl, N, etc.) sont également expulsées7,8,9. Il est bien connu qu’après exposition aux rayonnements, les polymères perdent de l’hydrogène, ce qui a pour effet de modifier leurs propriétés physiques. La scission de chaîne produit des unités plus petites et une chaîne oligomère, une profusion de doubles liaisons et l'émergence de radicaux. Ces petites particules enrichies en carbone peuvent s’agréger en amas électriquement conducteurs en raison de leur attraction électrostatique9.

Les caractéristiques physicochimiques et la conductivité électrique des mélanges de polymères peuvent être améliorées en ajoutant des nanocharges telles que des nanoparticules de ZnO dans différents ratios10,11,12,13,14. Parangusan et al.15 ont étudié les propriétés piézoélectriques des nanofibres électrofilées fabriquées à partir d'hexafluoropropylène de polyfluorure de vinylidène pur (PVDF-HFP) et de PVDF-HFP/Co-ZnO. Il a été observé que les nanofibres bien rangées PVDF-HFP et PVDF-HFP/2 % en poids de Co-ZnO ont des constantes diélectriques de 8 et 38, respectivement. Ces résultats suggèrent que le nanocomposite rapporté peut créer des systèmes électriques flexibles, portables et auto-alimentés. Les polymères thermoplastiques tels que les nanocomposites de polyéthylène haute densité (HDPE) peuvent être renforcés avec des nanoplaquettes de graphite, des nanodiamants et des nanotubes de carbone pour improviser des propriétés rhéologiques, thermiques et mécaniques16,17,18,19. Dans le passé, la modification de la surface du PVC s'effectuait par plasma, décharge corona, greffage chimique, décharge électrique, dépôt en phase vapeur métallique (MVD), traitement à la flamme ou modification chimique directe (oxydation, hydrolyse, etc.), et même certaines modifications physiques de la surface. surface. Cette étude vise à augmenter l'hydrophilie du PVC dans le (PVC/HDPE)ZnO qui a été irradié avec des rayons Ɣ sur divers supports, notamment l'eau, la cire de paraffine, l'huile de silicone et les solutions de silicate de sodium. L'irradiation gamma présente plusieurs avantages par rapport aux autres techniques, notamment un pouvoir de pénétration élevé, un traitement rapide, une distribution uniforme de la dose, la flexibilité du système et la possibilité d'être utilisée dans divers environnements20,21,22,23,24,25. L'irradiation gamma est une méthode écologique et la plus productive26,27,28,29,30,31. Cette étude vise également à augmenter l’hydrophilie du (PVC/HDPE) pour les applications de séparation huile/eau. Les applications de la séparation huile-eau sont cruciales pour les processus industriels tels que ceux impliquant le pétrole, la métallurgie, les eaux de cale des navires et l'industrie alimentaire, qui utilise, entre autres, des graisses et des huiles.