Επιφανειακή τροποποίηση μεταλλικών αφρών ανοικτού-κελιού για χρήση τους σε περιβαλλοντικές και βιομηχανικές εφαρμογές
Authors: Μπαξεβάνη Αικατερίνη 
Published: December 2024

Η παρούσα μελέτη εξετάζει τη σημαντική πρόκληση της θαλάσσιας ρύπανσης, η οποία αναγνωρίζεται ως ένα από τα πιο σοβαρά περιβαλλοντικά προβλήματα. Οι παραδοσιακές μέθοδοι καθαρισμού, λόγω πολλών μειονεκτημάτων, όπως οι πολύπλοκες και χρονοβόρες διαδικασίες εφαρμογής, η ανάγκη χρήσης τους από εξειδικευμένο προσωπικό, το υψηλό κόστος συντήρησης κλπ., συχνά αποτυγχάνουν να παράσχουν τις επιθυμητές λύσεις. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα εργασία προτείνει την ανάπτυξη μιας καινοτόμου υδρόφοβης επικάλυψης σε αφρούς χαλκού, η οποία μπορεί να αποτελέσει μια εναλλακτική και πιο αποδοτική μέθοδο για την απορρύπανση των θαλασσών. Παρόλο που στη βιβλιογραφία υπάρχουν έρευνες που περιλαμβάνουν την παραγωγή υδρόφοβων πορωδών υλικών, οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται συνήθως, όπως η ηλεκτροϊνοποίηση, η χημική και φυσική εναπόθεση ατμών ή μέθοδοι που περιλαμβάνουν χρήση λέιζερ, έχουν υψηλό κόστος εξοπλισμού, καταναλώνουν υψηλά ποσά ηλεκτρικής ενέργειας, αποτελούνται από πολλά και πολύπλοκα στάδια και χρησιμοποιούν βλαβερές ουσίες. Η διαδικασία παραγωγής υδρόφοβων αφρών που αναλύθηκε σε αυτή την εργασία, περιλαμβάνει τη χρήση μικρών ποσοτήτων χημικών ουσιών μειώνοντας το κόστος, χρησιμοποιεί απλό εξοπλισμό και αποτελείται από λίγα και απλά βήματα. Η ανάπτυξη της συγκεκριμένης υδρόφοβης επικάλυψης περιλαμβάνει την ανάπτυξη μικροτραχύτητας στην επιφάνεια, η οποία έγινε με την βύθιση των δειγμάτων σε διάλυμα νιτρικού αργύρου και τη μείωση της επιφανειακής ενέργειας με την εμβάπτιση σε διάλυμα στεατικού οξέος. Οι αφροί χαλκού που χρησιμοποιήθηκαν, είχαν δύο βαθμούς τραχύτητας υποστρώματος, ώστε να ερευνηθεί σε βάθος η επίδραση και αυτού του παράγοντα στην μορφολογία της επικάλυψης. Επετεύχθησαν γωνίες επαφής 180°, οι οποίες είναι πολύ μεγαλύτερες από αυτές που περιλαμβάνονται στις περισσότερες έρευνες. Με τη χρήση ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης (SEM) και μεθόδων φασματοσκοπίας, αναλύθηκαν οι διαφορετικές μορφολογίες της επικάλυψης στο τραχύ και στο λείο υπόστρωμα. Για τον έλεγχο των ιδιοτήτων της υδρόφοβης επικάλυψης, διεξήχθη σειρά ελέγχων, όπως θερμική και χημική καταπόνηση με την έκθεση των δειγμάτων σε υψηλές (100°C) και χαμηλές θερμοκρασίες (-15°C), καθώς και με τη βύθιση σε απεσταγμένο νερό και διαλύματα χλωριούχου νατρίου (3.5% κ.β.), υδροχλωρικού οξέος και υδροξειδίου του νατρίου, για διάφορα χρονικά διαστήματα, διατηρώντας τη σταθερότητα και τις υδρόφοβες ιδιότητές τους. Επιπλέον ελέγχθηκε, η ικανότητα διαχωρισμού των αφρών, με τη χρήση ελαίων με διαφορετικά ιξώδη, πετρελαίου και εξανίου, με πολύ υψηλά ποσοστά διαχωρισμού. Σημαντικός ήταν και ο έλεγχος της μηχανικής ανθεκτικότητας της επικάλυψης, όπου οι υπερυδρόφοβοι αφροί επέδειξαν υψηλή σταθερότητα. Τέλος, έγινε διεξοδική μελέτη της συμπεριφοράς σε διάβρωση με τη χρήση δοκιμών ποτενσιοδυναμικής πόλωσης και ηλεκτροχημικής φασματοσκοπίας εμπέδησης, σε απεσταγμένο νερο και σε διάλυμα χλωριούχου νατρίου (3.5% κ.β.), για διάφορα χρονικά διαστήματα έως και 120 ώρες. Σε όλες τις περιπτώσεις παρατηρήθηκε ότι η επικάλυψη προκάλεσε μείωση στις τιμές των ρευμάτων διάβρωσης, βελτιώνοντας την αντοχή των αφρών. Για την σφαιρική μελέτη της συμπεριφοράς των αφρών έναντι της διάβρωσης, προτάθηκαν ισοδύναμα ηλεκτρικά κυκλώματα. Συνολικά, η μελέτη αυτή επιδιώκει να συμβάλλει στη συζήτηση γύρω από την καινοτομία στις μεθόδους απορρύπανσης και να προτείνει πρακτικές λύσεις που θα μπορούσαν να ενσωματωθούν στις υπάρχουσες στρατηγικές για την προστασία των θαλασσών και την αποκατάσταση του θαλάσσιου περιβάλλοντος.