Новое магнитное железо

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 13675 (2022) Цитировать эту статью

900 Доступов

2 цитаты

Подробности о метриках

В данной работе представлены новые магнитные мембраны из полиэфирсульфона (ПЭС) со смешанной матрицей, которые сочетают в себе преимущества недорогого обычного полимера ПЭС и недорогих железо-никелевых магнитных сплавов. Кроме того, представленные мембраны из ПЭС со смешанной матрицей были изготовлены и использованы без применения внешнего магнитного поля ни во время литья мембраны, ни в процессе разделения. Изготовленные магнитные мембраны были приготовлены методом фазовой инверсии с использованием смеси растворителей N-метилпирролидона и N,N-диметилформамида в объемном соотношении 1:9 и хлорида лития в качестве добавки. Использованные железо-никелевые магнитные сплавы были получены простым методом химического восстановления с уникальной морфологией (Fe10Ni90; морская звезда и Fe20Ni80; ожерелье). Изготовленные мембраны были охарактеризованы с использованием изображений сканирующего электронного микроскопа (SEM) и сканирующего трансмиссионного электронного микроскопа (STEM), энергодисперсионного рентгеновского излучения (EDX), термогравиметрического (TGA) и рентгеновской дифракции (XRD). Кроме того, определяли статический угол контакта с водой, толщину мембраны, шероховатость поверхности, пористость мембраны, прочность мембраны на растяжение, а также анализ с помощью вибрационного магнитометра (VSM) и скорость перехода кислорода (OTR). Кроме того, было изучено влияние концентрации сплава и использования хлорида лития в качестве добавки на свойства изготовленных заготовок ПЭС и мембран ПЭС со смешанной матрицей. Представленные новые магнитные PES-мембраны со смешанной матрицей обладают высокой коэрцитивной силой до 106 (эме/г) с OTR 3,61 × 10–5 см3/см2·с по сравнению с непроницаемыми для кислорода пустыми PES-мембранами. Представленные новые магнитные PES-мембраны со смешанной матрицей обладают хорошим потенциалом в разделении (кислорода) газов.

Разделение воздуха на его компоненты обычно проводится для промышленных и медицинских целей. Разделение бинарных газовых смесей особенно востребовано для производства ценных газов для многочисленных применений и снижения загрязнения. Водород, кислород и азот считаются наиболее ценными газами, имеющими особое значение, поскольку полученные отдельные чистые газы можно эффективно использовать в нескольких областях1. Обогащенный кислородом воздух имеет различные медицинские, химические и промышленные применения, например, он используется для интенсификации горения при кислородно-топливном сжигании за счет увеличения скорости горения2, регенерации катализаторов при флюид-каталитическом крекинге3, улучшении качества воздуха в помещениях4,5, очистке сточных вод. растения6,7 и медицинские процедуры8,9. Между тем, обогащенный азотом воздух можно применять при хранении продуктов питания10,11, тушении пожаров12,13, добыче нефти14,15 и дренаже воды16.

Традиционными методами разделения газов O2/N2 являются криогенная дистилляция17,18 и адсорбция при переменном давлении (PSA)19,20,21. Оба метода являются коммерческой технологией, позволяющей производить кислород и азот в достаточном количестве и высокой чистоты, однако они ограничены своей сложностью, большими требованиями к пространству, высокой стоимостью, а также высоким потреблением энергии22. В последние десятилетия особое внимание исследователей привлекло мембранное разделение газов. Он предлагает многочисленные преимущества по сравнению с традиционными методами с точки зрения энергопотребления, занимаемой площади, небольшого пространства, экологичности, относительной капитальности и эксплуатационных затрат, а также простоты эксплуатации23,24,25.

Мембраны для разделения газов подразделяются на: органические (полимерные), неорганические, мембраны со смешанной матрицей (композитные) (МММ) и другие недавно разработанные мембраны, такие как мембраны на ионной жидкости (ILSM)26, полимеры с собственной микропористостью (PIM)27, металлоорганический каркас (MOF)28 и термически перегруппированные (TR) полимеры29. К недостаткам полимерных мембран можно отнести присущий им компромисс между проницаемостью и селективностью, а также более низкую термическую и химическую стабильность по сравнению с неорганическими мембранами. Неорганические мембраны имеют более высокую эффективность разделения, чем полимерные мембраны, и могут выдерживать высокотемпературные процессы разделения; однако их разделение обратно пропорционально давлению исходного газа, а также возможности отравления30. Чтобы улучшить применение мембран при разделении газов, новые материалы/мембраны со смешанной матрицей (МММ) могут сочетать в себе преимущества как полимерной матрицы, так и неорганического наполнителя, а также минимизировать недостатки обоих компонентов, что станет ключом к улучшению газовых мембран на основе мембран. разлука.