بحثٌ منشورٌ لفريق أبحاث البروفيسور ليو هونغ تشي بجامعة شاندونغ: تصميمٌ وعملٌ مُحكمٌ لنسيج قطني مائي فائق الكراهية مُهجنّ بأساس رباعي السيليكون، يُستخدم في فصل الزيت عن الماء وفي التنظيف الذاتي

نقاط الابتكار في المقال

يُقدّم هذا المقال نوعًا جديدًا من النسيج القطني المائي فائق الكراهية، والذي يُمكن استخدامه في فصل الزيت عن الماء وفي التنظيف الذاتي. باستخدام رباعي ميثيل رباعي الإيثيلين رباعي السيليكون كمواد أولية، يتم استخدام تفاعل الثيول-إين - للتعديل الكاره للماء من أجل تحضير عامل تعديل كاره للماء من رباعي السيليكون، ثم يتم إدخاله في النسيج القطني من خلال عملية السول-جل. - يمكن أن يحدث تفاعل تكثيف إزالة الماء بين مجموعة الميثوكسي السيليكونية المُدخلة ومجموعة الهيدروكسيل على سطح النسيج القطني في مرحلة التصلب، مما يسمح بتشكيل طبقة رقيقة على سطح النسيج القطني من خلال روابط تساهمية، وبالتالي تحسين متانة الطبقة الرقيقة بشكل فعال. لذلك، يُظهر هذا النسيج القطني المائي فائق الكراهية ثباتًا ممتازًا، ليس فقط مقاومة جيدة للتقشير والموجات فوق الصوتية، بل أيضًا ثابت في التلف الكيميائي الناجم عن المذيبات العضوية والأحماض والقواعد والمحاليل الملحية. يمكن أن يُفصل النسيج القطني المُعدّل خليطًا من الزيت والماء بكفاءة عالية. / كفاءة الفصل تصل إلى 99.99% يُظهر هذا النسيج القطني المائي فائق الكراهية آفاقًا واسعة للتطبيق في مجالات فصل الزيت عن الماء والتنظيف الذاتي، وفي الوقت نفسه، يمكن أيضًا استخدام عامل التعديل السطحي القائم على رباعي السيليكون كاستراتيجية لتعديل الركيزة لتحقيق تطبيقات متعددة الوظائف.

خلفية المقال

تُعد المواد المائية فائقة الكراهية مجالًا بحثيًا ساخنًا في علم المواد، حيث تجمع بين القيمة التطبيقية وإمكانات الابتكار. في مجال البتروكيماويات، تحدث حوادث التسرب بشكل متكرر، كما تُنتج الصناعات المعدنية وصناعة الجلود كميات كبيرة من مياه الصرف المحتوية على الزيت، مما يُشكل تهديدًا خطيرًا للاقتصاد والبيئة وصحة الإنسان. تُعاني طرق فصل الزيت عن الماء التقليدية من قيود مثل تعقيد العملية وانخفاض الكفاءة، بينما تُظهر المواد المائية فائقة الكراهية، بناءً على خصائصها المبللة الفريدة، أداءً ممتازًا ليس فقط في مجالات مقاومة البكتيريا والتنظيف الذاتي ومكافحة التآكل، بل أيضًا في مجال فصل الزيت عن الماء، مما يُبرز إمكاناتها الهائلة في تطوير مواد فصل جديدة وعالية الكفاءة. / الزيت / الماء

نظرة عامة على المقال

بناءً على الخلفية المذكورة أعلاه، البروفيسور ليو هونغ تشي فريق البحث تحت إشعاع الأشعة فوق البنفسجية، من خلال تفاعل الثيول-إين - إدخال مواد فلورية ومجموعة الميثوكسي السيليكونية في رباعي ميثيل رباعي الإيثيلين رباعي السيليكون، تم تصنيع عامل تعديل كاره جديد للماء (F-D ₄) ثم استخدام تقنية السول-جل لتعديل النسيج القطني الأصلي لجعله كارهًا للماء، وبالتالي الحصول على نسيج قطني مائي فائق الكراهية - -Fabric) (F-D ₄ ) الشكل 1) 。

الشكل 1 F-D₄ عملية الإنتاج و F-D₄-Fabric مخطط الإنتاج  

درس المقال الاستقرار الميكانيكي والفيزيائي والكيميائي للنسيج القطني المُعدّل ( الشكل 2) تم تقييم الاستقرار الميكانيكي من خلال اختبار الموجات فوق الصوتية واختبار إزالة الشريط اللاصق، وأظهرت النتائج أن زاوية التلامس مع الماء (WCA) تغيرت قليلاً بعد إزالة الشريط اللاصق عدة مرات ومعالجة الموجات فوق الصوتية لمدة  80  دقيقة. أظهر اختبار الاستقرار الفيزيائي أن تأثير درجات الحرارة العالية والإشعاع فوق البنفسجي على الخاصية المائية فائقة الكراهية ضئيل. في تجربة الاستقرار الكيميائي، حافظ النسيج على الخاصية المائية فائقة الكراهية بشكل عام بعد النقع في العديد من المذيبات العضوية والمحاليل الملحية وفي محاليل مائية ذات قيم (WCA) مختلفة لعدة ساعات، فقط في بيئة قلوية قوية pH حدث انخفاض واضح في  24  ساعات WCA الرابطة Si-O-C التي تشكلت بين مجموعة الميثوكسي السيليكونية في جزيء العامل المُعدّل ومجموعة الهيدروكسيل على سطح النسيج، مما يمنحه ثباتًا وديمومة ممتازة.  

الشكل 2 F-D ₄-Fabric زاوية التلامس مع الماء (WCA) عند الاختبار في الظروف التالية: (a) عدد مرات إزالة الشريط اللاصق ; (b) وقت الموجات فوق الصوتية ; (c) درجة الحرارة ; (d) وقت الإشعاع فوق البنفسجي (e) النقع في المذيبات العضوية (f) قيمة pH و 1 مول/لتر ^-1 محلول كلوريد الصوديوم المائي

درس المقال بشكل شامل أداء فصل الزيت عن الماء F-D4-Fabric的油水分离性能( الشكل 3) باستخدام الإيثر البترولي والهكسان وثنائي كلورو الميثان وكلوروفورم كأمثلة، أظهر هذا النسيج قدرة عالية على فصل الزيوت الخفيفة والثقيلة تحت تأثير الجاذبية، حيث بلغت كفاءة الفصل 99.80%-99.99% بفضل الاستقرار الكيميائي الممتاز للأقمشة المعدلة، أظهرت قابلية إعادة استخدام جيدة في تطبيقات فصل الزيت عن الماء. على سبيل المثال، في خليط من ثنائي كلورو الميثان والماء، 30 بعد عدة دورات، لا تزال كفاءة الفصل عند 99.80% أو أكثر، مما يدل على المتانة الجيدة.  

الشكل 3  (أ) كفاءة التدفق ومعدل فصل الإيثر البترولي، والهكسان العادي، وثنائي كلورو الميثان، وكلوروفورم ; (b) كفاءة الفصل ومعدل التدفق بعد دورات مختلفة  

تُظهر المقالة F-D4-Fabric خصائص مقاومة التلوث والتنظيف الذاتي ( الشكل 4) عند وضع سوائل شائعة مثل القهوة والشاي والحليب على سطح القماش القطني شديد الكراهية للماء، تتشكل قطرات كروية تقريبًا، بينما يبتل القماش القطني الأصلي بسرعة. عند نقع القماش الأصلي والقماش المعدل في محلول مائي من أزرق الميثيلين، يصبغ القماش الأصلي بسبب الخاصية المحبة للماء والخاصية الشعرية، بينما F-D4-Fabric يبقى نظيفًا وجافًا، مما يدل على قدرته على مقاومة تلوث المياه بفعالية. في تجربة محاكاة للتلوث الصلب، يختلط مسحوق القهوة المطبق ويسقط بسرعة تحت تأثير قطرات الماء، مما يعيد نظافة سطح القماش.  

الشكل 4  (أ) القماش الأصلي و F-D₄-Fabric الخاصية المبللة ،(ب) القماش الأصلي ( على ) و F-D₄ -Fabric( أسفل ) تم نقعه في محلول مائي من أزرق الميثيلين ،(ج) عملية التنظيف الذاتي لـ F-D4-Fabric عملية التنظيف الذاتي ( مادة ملوثة: مسحوق قهوة ) 

طالبة الماجستير، ليومينغشو، هي المؤلفة الأولى لهذه الورقة البحثية، والأستاذ، ليوهونغتشي، هو جهة الاتصال. وقد تم دعم هذا العمل من قبل خطة البحث والتطوير الوطنية ( رقم المنحة 2022YFE0197000) منحة.

معلومات النص الأصلي:

التصميم المنطقي وتصنيع أقمشة فائقة الكراهية للماء هجينة قائمة على سيكلو تترا سيلوكسان لفصل الزيت/الماء والتنظيف الذاتي

Liu, M. S.; Kunthom, R.; Dudziec, B.; Liu, H. Z.

ج الصينية. بوليمر. علوم . 2025، 43، 1022-1031 DOI: 10.1007/ s10118-025-3333-7