Applicazione di Aerogel in Sistemi di Facciate Cinesi Persunalizati in a Pulizia Ambientale

L'usu di l'aerogel in a purificazione ambientale hè principalmente focalizatu nantu à duie aree: a purificazione di gas d'adsorbimentu è a purificazione acquosa. Attualmente, i materiali di aerogel più studiati per a purificazione ambientale sò l'aerogel à basa di diossidu di siliciu (SiO₂) è l'aerogel di carbone. In l'ultimi anni, numerosi studii sò stati ancu realizati nantu à l'usu di l'aerogel d'ossidu metallicu, è ancu novi tipi d'aerogel cum'è l'aerogel di carburu di siliciu (SiC), l'aerogel di grafene è l'aerogel à basa di biomassa.

Aerogel à basa di diossidu di siliciu (SiO₂)

L'aerogel di SiO₂ cum'è materiali d'adsorbimentu mostranu una alta efficienza d'adsorbimentu, una desorbimentu faciule è proprietà intrinseche stabili. Quessi sò i materiali d'aerogel i più maturi è i più studiati, è sò stati i primi à esse applicati in u campu di a purificazione di gas d'adsorbimentu. A funzionalizazione di l'amina o a mudificazione idrofobica ponu migliurà ulteriormente e proprietà d'adsorbimentu di l'aerogel di SiO₂ per CO₂ o cumposti organici volatili (COV). L'aerogel di SiO₂ mudificati sò capaci di adsorbe finu à 1,95 mmol/g è 6,97 mmol/g di CO₂ in cundizioni secche è umide, rispettivamente, à una frazione di volume di CO₂ di u 10%.

A causa di l'adsorbimentu cumpetitivu di e molecule d'acqua, l'adsorbenti fisichi tradiziunali cum'è u carbone attivatu è u gel di silice mostranu una riduzione significativa di a so capacità d'adsorbimentu per i COV in ambienti umidi. In cuntrastu, l'aerogel SiO₂ idrofobichi sopprimenu efficacemente l'adsorbimentu di l'acqua, aumentendu cusì a selettività per i gas organici bersagli in cundizioni di alta umidità. A so capacità d'adsorbimentu per u benzene, u toluene, u tetracloruru di carbonu è altri COV supera significativamente quella di l'adsorbenti tradiziunali cum'è u carbone attivatu è e fibre di carbonu. Tuttavia, l'adsorbimentu di vapore acqueo hè solu 0,12 g/100 g, significativamente inferiore à quellu di l'aerogel SiO₂ idrofili (6 g/100 g).

U mecanismu d'adsorzione include e seguenti tappe:

(1) diffusione di vapori organici in i pori di l'aerogel è a so fissazione nantu à a superficia di i pori;

(2) a natura esotermica di l'adsorbimentu è di a ritenzione di calore in l'internu di e particelle d'aerogel per via di a bassa conducibilità termica;

(3) un aumentu di a temperatura in l'internu di e particelle d'aerogel, chì porta à una diminuzione di a capacità d'adsorbimentu à l'equilibriu di i cumposti organici;

(4) liberazione lenta di calore, abbassendu a temperatura di e particelle è aumentendu a capacità di adsorbimentu d'equilibriu, ciò chì assicura a cuntinuazione di u prucessu di adsorbimentu.

L'aerogel di SiO₂ sò ancu usati per a purificazione di l'acqua è l'adsorbimentu di macchie di petroliu. Puderanu assorbe rapidamente è in grande quantità u nitrobenzene, i prudutti petroliferi, i fenoli è altri inquinanti tossichi volatili da l'acqua, ottenendu un tassu di rimozione di più di 98% per i coloranti cum'è u blu di metilene. Per questa ragione, l'aerogel di SiO₂ sò largamente usati in l'ecologia marina è in u trattamentu di l'acque reflue di l'industria petrochimica.

Aerogel di carbone

L'aerogel di carbone sò un novu tipu di materiali di carbone nanoporosi cù alta porosità, grande superficia specifica è una larga gamma di densità. In paragone à l'aerogel di SiO₂, anu una superficia specifica è un vulume di pori più elevati, ciò chì li rende una categuria impurtante di materiali di aerogel d'adsorbimentu. In più di a mudificazione simile à quella aduprata per l'aerogel di SiO₂, l'aerogel di carbone ponu esse attivati, ciò chì aumenta ulteriormente a so superficia specifica, migliora a so struttura di i pori è migliora e so proprietà chimiche di a superficia, aumentendu cusì significativamente a so capacità d'adsorbimentu per u CO₂ è i COV.

L'aerogel di carbone sò largamente usati per rimuovere i metalli dannosi è l'inquinanti organici da l'acqua, cum'è Hg²⁺, Pb²⁺, nitrobenzene è nitrofenoli. Tipicamente, l'aerogel di carbone cù una struttura specifica sò caricati in colonne di adsorbimentu attraversu e quali passa l'acqua contaminata, è l'impurità metalliche sò adsorbite nantu à a superficia di l'aerogel. Inoltre, l'aerogel di carbone sò usati cum'è elettrodi in e tecnulugie di elettroadsorbimentu è di ossidazione elettrocatalitica per u trattamentu di l'acque reflue.

Aerogel d'ossidu metallicu

L'aerogel d'ossidu metallicu pussedenu un gran numeru di siti attivi in ​​superficia, cum'è centri metallichi è gruppi idrossili attivi, chì li cunferiscenu proprietà d'adsorbimentu uniche. Quessi materiali mostranu spessu adsorbimentu chimicu, furnendu una alta capacità d'adsorbimentu è selettività. Per esempiu, l'aerogel MgO-Al₂O₃ cuntenenu trè tippi di siti d'adsorbimentu primari di diverse forze nantu à a so superficia è mostranu eccellenti proprietà d'adsorbimentu per nove COV tipici, cumpresi l'acetaldeide è l'acetone. A so capacità d'adsorbimentu finale supera significativamente quella di u carbone attivatu, cù e molecule di COV chì subiscenu un adsorbimentu dissociativu multistrato nantu à a superficia di i nanocristalli.

Aerogel di cellulosa funzionale

L'aerogel di cellulosa funziunale sò tipicamente prudutti per via di l'essiccazione supercritica o di a liofilizazione. Sò carattarizati da una superficia specifica è una porosità estremamente elevate è, in più di i vantaghji tradiziunali di l'aerogel, mostranu una bona biocompatibilità, biodegradabilità è sicurezza ambientale. Queste proprietà li danu vantaghji naturali in l'adsorbimentu di CO₂, formaldeide è altri gas, è ancu in a rimozione di ioni di metalli pesanti, coloranti organici, solventi organici è acque chì cuntenenu oliu da l'acque reflue.

Aerogel di carburo di siliciu (SiC)

L'aerogel di SiC sò tipicamente prudutti per carbonizazione à alta temperatura è riduzione carbotermica di precursori d'aerogel cumposti organo-SiO₂. Puderanu serve cum'è supporti stabili è robusti per a pruduzzione d'adsorbenti di CO₂ funziunalizati cù amine. L'aerogel di SiC monolitichi funziunalizati cù amine mostranu capacità d'adsorbimentu di CO₂ praticamente identiche in l'intervallu di temperatura di 25-75 °C, righjunghjendu circa 1,8 mmol/g in cundizioni secche à una frazione di volume di CO₂ di 1%. Dopu l'usu, questi aerogel ponu esse rigenerati per via di una semplice separazione, trattamentu termicu è funziunalizazione ripetuta di l'amine. E so proprietà d'adsorbimentu restanu praticamente invariate ancu dopu almenu 12 cicli d'usu ripetutu, dimustrendu una alta rigenerabilità è riducendu significativamente i costi operativi.

Aerogel di grafene

L'aerogel di grafene sò furmati impilendu fogli di grafene in una struttura di rete porosa tridimensionale. Combinanu alti tassi di trasferimentu di elettroni è una ricca pruvista di gruppi funziunali chì cuntenenu ossigenu in u grafene cù a grande superficia specifica di l'aerogel è l'alta porosità, è sò facilmente mudificati. L'aerogel di grafene sò carattarizati da una alta capacità di adsorbimentu è una rapida cinetica di adsorbimentu per CO₂ è SO₂. A capacità massima di adsorbimentu righjunghje 2,38 mmol/g per CO₂ (à una pressione di 1000 kPa) è 2,19 mmol/g per SO₂, cù un equilibriu di adsorbimentu stabilitu in circa cinque minuti.

Cunclusione

L'aerogel pussedenu una porosità ultra-alta, una struttura mesoporosa aperta è interconnessa, è una alta stabilità termica, chì li furnisce una eccellente capacità di adsorbimentu è capacità di rigenerazione. Usendu metudi cum'è a funzionalizazione di l'amine, a mudificazione idrofobica è l'attivazione, a so efficacia in u trattamentu ambientale pò esse ulteriormente migliorata, aprendu ampie prospettive d'applicazione. A nostra sucietà hà digià fattu progressi significativi in ​​a ricerca di l'aerogel per u trattamentu ambientale. In u futuru, duvemu cuntinuà a ricerca approfondita nantu à e tecnulugie di rilevazione di inquinanti è i metudi di trattamentu, adattendu l'innuvazioni à tipi specifici di inquinanti presenti in l'ambiente glubale, è realizendu pienamente u putenziale di l'aerogel per u trattamentu ambientale.




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