Fabricación de biocarbón

Jun 04, 2023

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 9453 (2023) Citar este artículo

954 Accesos

1 Citas

1 altmétrica

Detalles de métricas

Se publicó una corrección del autor de este artículo el 9 de agosto de 2023.

Este artículo ha sido actualizado

En este estudio, informamos un proceso sencillo y ecológico para la síntesis de biocarbón, BC, y un nanocompuesto de cobalto y biocarbón, Co-BC, utilizando biomasa de paja de arroz. Construimos dos recubrimientos superhidrófobos sobre sustratos de acero mediante electrodeposición potenciostática de biocarbón modificado con níquel, Ni@BC, y níquel modificado con nanocompuesto de biocarbón y cobalto, Ni@Co-BC; luego, estos recubrimientos se empaparon en una solución etanólica de ácido esteárico. La espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier mostró que el recubrimiento Ni@BC injertado con ácido esteárico, Ni@BC@SA, y el compuesto Ni@Co-BC injertado con ácido esteárico, Ni@Co-BC@SA, estaban bien injertados en la superficie del acero. . La microscopía electrónica de barrido reveló que los recubrimientos superhidrófobos tienen características a nanoescala. Los resultados de la microscopía de fuerza atómica mostraron que la capa de Ni@Co-BC@SA tenía mayor rugosidad que Ni@BC@SA, lo que resultaba en una mayor superhidrofobicidad. Los ángulos de contacto con el agua para los recubrimientos Ni@BC@SA y Ni@Co-BC@SA fueron 161° y 165°, respectivamente, mientras que los valores de los ángulos de deslizamiento del agua para ambos recubrimientos fueron 3,0° y 1,0°, respectivamente. La estimación cuantitativa de la eficiencia de inhibición de incrustaciones reveló que el recubrimiento Ni@Co-BC@SA exhibió una mayor eficiencia en comparación con el recubrimiento Ni@BC@SA. Además, el recubrimiento Ni@Co-BC@SA demostró una mejor resistencia a la corrosión, resistencia a los rayos UV, resistencia a la abrasión mecánica y estabilidad química en comparación con el recubrimiento Ni@BC@SA. Estos resultados resaltan el rendimiento superior del recubrimiento Ni@Co-BC@SA y su potencial como recubrimiento superhidrófobo altamente efectivo y duradero para sustratos de acero.

Se prevén aplicaciones industriales de amplio alcance para varias superficies sintéticas superhidrófobas, SHP, inspiradas en las hojas de loto1. Las superficies SHP son superficies excepcionalmente repelentes al agua con un ángulo de contacto con el agua, WCA, superior a 150° y un ángulo de deslizamiento con el agua, WSA, inferior a 10°2,3. Debido a la importancia de las superficies SHP tanto en la investigación fundamental como en las aplicaciones prácticas, han recibido mucha atención. Es bien sabido que el comportamiento de humectación de la superficie está determinado por la combinación de superficies rugosas y diversas energías superficiales. Las superficies rugosas de baja energía superficial suelen ser SHP, mientras que las superficies rugosas de alta energía superficial suelen ser superhidrófilas4. Los compuestos perfluorados, como los fluorosilanos o las moléculas de fluorocarbono, se han utilizado históricamente como materiales de baja energía superficial debido a su energía superficial excepcionalmente baja4,5. Sin embargo, se ha demostrado que el empleo de estos fluorocarbonos de cadena larga tiene efectos secundarios muy perjudiciales, como persistencia, biomagnificación y bioacumulación5,6,7,8,9. Por lo tanto, puede resultar un desafío diseñar una superficie SHP con estas características, particularmente cuando existen preocupaciones sobre la seguridad ambiental. Como resultado, es esencial desarrollar procedimientos y materiales de bajo costo y respetuosos con el medio ambiente para producir superficies SHP5,10.

Las superficies SHP tienen una amplia gama de usos, incluida la resistencia a la corrosión, la resistencia a los rayos UV, las tecnologías de separación de agua y aceite, etc.11,12,13,14,15,16,17,18. Se han presentado varias técnicas para el desarrollo de recubrimientos SHP, incluyendo electrodeposición, oxidación anódica electroquímica, anodización, etc.19,20,21,22,23,24,25,26. Debido a su simplicidad, procedimiento de baja temperatura, nanoestructura limpia, asequible y ajustable, la electrodeposición es un excelente método para diseñar superficies SHP artificiales3. Debido a su bajo costo y propiedades mecánicas superiores, el acero al carbono es el material de construcción que se utiliza con mayor frecuencia en numerosas industrias. Se emplea en grandes cantidades en equipos para procesamiento de metales, construcción, puentes, procesamiento químico, producción de petróleo y aplicaciones marinas27,28. La corrosión del acero y su supresión en estas condiciones son problemas de proceso complicados. La corrosión suele considerarse uno de los problemas más críticos de nuestra sociedad, con ramificaciones económicas y de seguridad29,30,31. Las superficies de acero se pueden proteger mediante diversos métodos; el desarrollo de recubrimientos SHP, que aumentan significativamente la resistencia a la corrosión del acero, es uno de los más cruciales32,33.

Las superficies SHP se pueden utilizar en aplicaciones prácticas, pero su inestabilidad mecánica restringe su uso34,35. Los recubrimientos SHP deben tener una mayor estabilidad química y resistencia a la abrasión mecánica para poder emplearse en aplicaciones industriales.

El biocarbón, BC, es una sustancia carbonosa porosa y se crea una vez que una materia prima de biomasa, por ejemplo, astillas de madera, estiércol, restos de semillas y paja de arroz, se piroliza en una cantidad restringida de oxígeno36. El biocarbón se ha vuelto cada vez más popular en los últimos años. El biocarbón tiene un tremendo potencial para reemplazar el grafeno en diversas aplicaciones, ya que es menos costoso que el grafeno (0,25 USD/kg para el biocarbón frente a 1400 USD/kg para el grafeno)37. En todo el mundo, el BC se utiliza como un adsorbente eficaz para eliminar diversos tipos de contaminantes en el agua38. La superficie de BC aumenta mediante modificación con nanopartículas metálicas como cobalto y níquel39. El cobalto, Co, se emplea frecuentemente en los campos de grabación magnética, aeroespacial, construcción naval, resistencia a la corrosión y aleaciones de alta resistencia40,41. Estas numerosas cualidades están determinadas por la forma del material y sus propiedades internas42,43. En consecuencia, controlar la aparición de nanoestructuras de cobalto distintivas se ha convertido en un problema crucial en el sector de fabricación de materiales. Hasta donde sabemos, es el primer informe para la construcción de recubrimientos SHP a base de BC y biocarbón modificado con cobalto, Co-BC, que podrían usarse como materiales resistentes a los rayos UV, antical y a la corrosión. En este estudio, utilizamos BC y Co-BC como aditivo para mejorar la rugosidad de la superficie, esta es la condición principal para lograr las características SHP. Entre todos los productos agrícolas, la paja de arroz es el más utilizado, con una producción anual de 120 millones de toneladas44. Recientemente, la mayoría de los agricultores han optado por quemar paja de arroz porque es la forma más sencilla de producción. Sin embargo, si aumenta el número de quemas, esto tiene graves impactos adversos, como la contaminación del aire. Este impacto ambiental negativo se minimiza transformando estos residuos en materiales más deseables como el BC.

Esta investigación intenta construir un recubrimiento SHP basado en BC y Co-BC sobre la superficie de acero al carbono (ASTM A283/Grado C). Acero ASTM A283/Grado C comúnmente utilizado en la industria de la construcción, recipientes a presión, torres, tanques, industria automotriz, vagones de ferrocarril y aplicaciones estructurales con requisitos de resistencia media45,46,47,48. El ácido esteárico, de bajo coste y seguro para el medio ambiente, se utiliza como compuesto de baja energía superficial49. El biocarbón se sintetizó mediante un método ecológico a partir de la paja de arroz. Se evaluaron la humectabilidad, la estabilidad química y mecánica, la resistencia a los rayos UV, el tratamiento antiincrustaciones y la corrosión para los recubrimientos SHP preparados.

Como sustrato se empleó una placa de acero (ASTM A283/Grado C) con las siguientes medidas: 2,0 cm, 1,0 cm y 0,1 cm. La paja de arroz se recolectó de acuerdo con las directrices y la legislación institucional, nacional e internacional. Se utilizó sulfato de níquel, cloruro de níquel hexahidratado, etanol anhidro, sulfato de cobalto heptahidratado, ácido bórico, ácido sulfúrico, cloruro de sodio, ácido esteárico e hidróxido de sodio de grado analítico.

El proceso de fabricación de BC implicó lavar minuciosamente la paja de arroz para eliminar cualquier impureza, luego secarla al aire antes de colocarla en un horno durante 24 h a 60 °C. Luego, la paja de arroz limpia y seca se procesó mediante una mezcladora para crear un polvo fino. Luego se produjo el BC pirolizando diez gramos del polvo fino durante tres horas a 600 °C en un horno de mufla.

Se añadió CoSO4·7H2O (4,8 g) a 100 ml de agua desionizada que contenía 10 g de polvo fino de paja de arroz con una proporción de % en peso de 1:10 para Co: polvo fino de paja de arroz. La mezcla se sonicó durante 30 min y luego se agitó durante 1,0 h. Después de eso, la mezcla se secó en una estufa a 60 °C durante la noche. Después de eso, se pirolizó en un horno de mufla a 600 °C durante tres horas para obtener el material de biocarbón modificado con cobalto, Co-BC.

Antes de la electrodeposición, se usaba papel de lija de varias clases para pulir mecánicamente el sustrato de acero, comenzando con el papel grueso (grado 120) y llegando hasta el más fino (grado 800). Después de ser desengrasado en una solución de jabón durante diez minutos, el sustrato se sumergió en H2SO4 2,0 ​​M durante un minuto, se lavó con agua destilada y luego se puso directamente en el baño de electrodeposición. La Tabla 1 muestra las consideraciones de electrodeposición para crear un recubrimiento de Ni@BC y Ni@Co-BC sobre el sustrato de acero. La lámina de platino se utilizó como ánodo y se colocó separada del sustrato de acero, actuando como cátodo, a una distancia de 2,0 cm. Los recubrimientos de Ni@BC y Ni@Co-BC que se habían preparado se lavaron con agua destilada y se dejaron secar a temperatura ambiente durante la noche. Luego, los sustratos se colocaron en soluciones etanólicas que contenían ácido esteárico 1 × 10–2 M, SA, durante 15 minutos antes de secarlos en condiciones ambientales durante 24 h. Se aplicaron diferentes procedimientos de caracterización y evaluación al recubrimiento Ni@BC modificado con ácido esteárico, Ni@BC@SA, y al recubrimiento Ni@Co-BC modificado con ácido esteárico. Ni@Co-BC@SA.

Utilizando un espectrofotómetro infrarrojo por transformada de Fourier, FTIR, se examinó la composición química de la superficie (modelo: Bruker Tensor 37 FTIR). Se utilizó un difractómetro de rayos X para realizar un análisis de difracción de rayos X utilizando radiación monocromática Cu K (fáser Bruker D2). La topografía de la superficie de los recubrimientos SHP creados se examinó utilizando un microscopio electrónico de barrido, SEM (modelo JSM-200 IT, JEOL). La microscopía de fuerza atómica, AFM, se realizó mediante un microscopio de sonda de barrido (SPM9600, Shimadzu Japón). Utilizando un goniómetro de ángulo de contacto óptico, se calcularon la WCA y la WSA utilizando gotas de agua de 5 µl (instrumento CA Rame-hart, modelo 190-F2). Los valores de WCA y WSA que se muestran son los promedios de tres mediciones realizadas en distintas ubicaciones del sustrato.

Después de sumergirlas en soluciones con diferentes valores de pH (pH 1–13) durante 30 minutos, las películas SHP producidas se analizaron tanto para WCA como para WSA en cada pH 50,51. Para estudiar cómo la inmersión prolongada afecta la superhidrofobicidad de un recubrimiento, examinamos el rendimiento del recubrimiento en diferentes niveles de pH (3, 7 y 11) durante períodos de inmersión de 0,5, 2, 4 y 6 h. El valor del pH de la solución se modificó usando hidróxido de sodio y ácido sulfúrico.

La prueba de rayado se utilizó para evaluar las características de abrasión mecánica de los recubrimientos SHP. Se afectó una presión de 5,0 kPa en las muestras del recubrimiento SHP creado que se colocaron en papel de lija de malla 800. La WCA y la WSA se midieron por cada 10,0 cm de movimiento horizontal de la muestra de SHP producida. La resistencia a la abrasión mecánica que se ha presentado es una media de mediciones realizadas sobre dos muestras distintas.

Para las mediciones electroquímicas se utilizaron un analizador de respuesta de frecuencia ACM y una celda de tres electrodos (Reino Unido). El contraelectrodo fue una varilla de grafito, mientras que el electrodo de referencia fue un electrodo de Ag/AgCl. Los electrodos de trabajo estuvieron compuestos por acero desnudo y recubierto con películas SHP Ni@BC@SA y Ni@Co-BC@SA. Los electrodos de trabajo se cubrieron con una capa de epoxi, dejando 1 cm2 abierto a la solución de prueba. El electrodo de trabajo se insertó en una celda llena de solución de NaCl 0,5 M durante 25 minutos a temperatura ambiente antes de las pruebas electroquímicas para lograr el potencial de reposo. Las observaciones de espectroscopía de impedancia electroquímica, EIS, tuvieron un rango de frecuencia de 0,01 ≤ f ≤ 1,0 × 104 y una amplitud de señal de 10 mV alrededor del potencial de circuito abierto. A una velocidad de escaneo de 30 mV/min, las mediciones de polarización potenciodinámica, PDP, se realizaron con un rango de potencial de −250 a +400 mV alrededor del potencial de circuito abierto. Para asegurarse de que las mediciones fueran precisas, los experimentos se verificaron dos veces y los resultados fueron correctos con un error del 2%.

El rendimiento antiincrustaciones se evaluó pesando diferentes muestras de acero revestido SHP sin revestir y preparadas y luego sumergiéndolas en una solución de NaHCO3 0,01 M y CaCl2 0,01 M a 60 °C durante un tiempo que oscilaba entre 2 y 20 h. Las muestras se secaron en condiciones ambientales y se volvieron a pesar. Se midieron el aumento de peso y la diferencia de peso antes y después de la inmersión en NaHCO3 0,01 M y CaCl2 0,01 M, lo que equivale a la tasa de incrustaciones formadas en la superficie del sustrato. El aumento de peso se debe a la deposición de CaCO3 en las muestras.

Se utilizó la humectabilidad de la superficie SHP preparada en varios intervalos de tiempo bajo irradiación UV (λ = 365 nm, 300 W) para probar su resistencia a los rayos UV. Cada dos horas se determinaron los valores de WCA. La lámpara UV y el revestimiento SHP permanecen separados unos 10 cm. Al analizar la misma muestra en cinco sitios separados, se calcularon los valores promedio.

Se utilizó el espectrofotómetro infrarrojo por transformada de Fourier, FTIR, para analizar la composición química de la superficie de las capas fabricadas. La Figura 1 muestra los espectros FTIR de acero recubierto con Ni@BC@SA y Ni@Co-BC@SA. Los espectros del acero procesado con Ni@BC@SA tienen grandes picos de absorción a 3278 cm-1, que son los modos de vibración de estiramiento del grupo –OH52. La vibración asimétrica y simétrica del ácido esteárico –CH2– se atribuye a los picos en 2856 cm−1 y 2922 cm−1, respectivamente53. El hombro cerca de 1579 cm-1 coincidió con la vibración de estiramiento de C=O y C=C36. La vibración del fenol de flexión O – H o de estiramiento C – O es responsable del pico en 1342 cm-138. La vibración de flexión de –C–OH es responsable del pico a 1083 cm-138. Ni(OH)2 corresponde al pico en 716 cm-132. Los espectros del acero recubierto con Ni@Co-BC@SA exhiben los mismos picos que los de Ni@BC@SA con un pico adicional a 471 cm−1, que se atribuye a Co3O454,55.

Espectros FTIR de acero recubierto por Ni@BC@SA y Ni@Co-BC@SA.

Se utilizó la técnica XRD para determinar la orientación de los cristales y la composición del acero injertado con recubrimientos Ni@BC@SA y Ni@Co-BC@SA SHP. La Figura 2 muestra los patrones XRD de varios recubrimientos preparados. La capa de Ni @BC@SA exhibe 5 picos de difracción en su patrón XRD. Los cuatro picos en valores de 2Ɵ equivalen a 42,8°, 53,1°, 73,3° y 89,9° y están relacionados con la cara cúbica centrada, fcc, de Ni (JCPDS NO. 04-0831). El pico XRD en valores de 2Ɵ equivale a 28,9° y corresponde al biocarbón56,57.

Patrones XRD del acero recubierto SHP con Ni@BC@SA y Ni@Co-BC@SA.

Mientras que el patrón XRD del compuesto Ni@Co-BC@SA demostró los mismos picos del Ni @BC@SA con una intensidad más baja y otros picos nuevos a 46,2°, 56,4° y 78,5° que se refieren a la cara centrada. -cobalto cúbico58. Los picos XRD del acero recubierto con Ni@Co-BC@SA son amplios, lo que muestra que las estructuras depositadas tienen partículas de pequeño tamaño.

Una de las cosas más importantes a tener en cuenta al analizar las características de SHP es la morfología de la superficie, por lo que la topografía de los recubrimientos de SHP producidos sobre el sustrato de acero se investigó utilizando la técnica SEM. En la Fig. 3a se muestra una micrografía de acero recubierto con Ni@BC@SA; es obvio que las estructuras formadas contienen partículas con un diámetro de solo unos pocos nanómetros. Algunas de las nanopartículas producen partículas agregadas más grandes. La Figura 3b muestra una micrografía de acero injertado con una película de Ni@Co-BC@SA. La figura demuestra que las estructuras depositadas contienen nanopartículas circulares más pequeñas que las películas de Ni@BC@SA. Aparentemente, el Co podría actuar como un sitio de nucleación y acelerar el proceso de nucleación en lugar del crecimiento del cristal, razón por la cual el recubrimiento Ni@Co-BC@SA contiene nanopartículas más pequeñas59,60. Por lo tanto, el Ni@Co-BC@SA exhibe una mayor superhidrofobicidad debido a su mayor rugosidad superficial. Las escamas transparentes de las capas de BC se ven claramente, especialmente en el caso de Ni@Co-BC@SA.

Micrografías SEM del acero recubierto de SHP con (a) Ni@BC@SA y (b) Ni@Co-BC@SA.

Se midieron los WCA y WSA para determinar el comportamiento de humectabilidad de los recubrimientos SHP construidos. Las películas Ni@BC@SA y Ni@Co-BC@SA tienen valores WCA de 161° y 165°, respectivamente, mientras que ambas películas tienen valores WSA de 3,0° y 1,0°. Estos hallazgos sugieren que el Co promueve la superhidrofobicidad y la rugosidad. El aire que se puede almacenar en las nanoestructuras evita eficazmente que el agua toque la superficie61. Además, el acero recubierto de Ni@Co-BC@SA tiene una humectabilidad avanzada a numerosos valores documentados anteriormente62,63,64,65.

La rugosidad de la superficie del acero desnudo y recubierto con SHP se caracterizó adicionalmente utilizando el AFM. Según la imagen 3D AFM, Fig. 4a, la rugosidad promedio aritmética del acero desnudo, Ra, fue de 0,34 µm. Para el acero recubierto con SHP por Ni@BC@SA, el valor Ra aumentó a 1,60 µm, lo que muestra que la capa depositada aumenta la rugosidad de la superficie del acero, Fig. 4b. La Figura 4c muestra que el valor Ra para el acero recubierto SHP con Ni@Co-BC@SA aumentó a 2,21 µm, lo que puede atribuirse al dopaje de BC con cobalto, que aumenta significativamente la rugosidad de la superficie del acero.

Imágenes de topografía AFM 3D de la superficie de (a) acero desnudo y recubierto con SHP con (b) Ni @BC@SA y (c) Ni@Co-BC@SA.

Para demostrar que la película SHP creada puede utilizarse en el sector industrial, se debe realizar una prueba de estabilidad química. Las correlaciones entre el pH y los WCA y WSA de las gotas de agua en los recubrimientos SHP producidos se muestran en la Fig. 5. La Figura 5a muestra que las películas de Ni@BC@SA son SHP entre valores de pH de 3 y 11, mientras que la Fig. 5b muestra que las películas de Ni@Co-BC@SA son SHP entre valores de pH de 2 y 12, donde los WCA son frecuentemente mayores a 150° y los WSA son menores a 10°. Como resultado, la incorporación de Co al BC mejora la estabilidad química del recubrimiento SHP en ambientes tanto básicos como ácidos. Para investigar el efecto del tiempo de inmersión prolongado del recubrimiento sobre su superhidrofobicidad, medimos el WCA de un recubrimiento en diferentes valores de pH (3, 7 y 11) en diferentes tiempos de inmersión de 0,5, 2, 4 y 6 h, Fig. 6. Los resultados muestran que, a pH 7, el acero recubierto con Ni@BC@SA conserva sus características superhidrofóbicas en todos los períodos de inmersión examinados donde el WCA es siempre superior a 150°, mientras que para pH 3, el recubrimiento conserva la superhidrofobicidad hasta el momento de la inmersión. de 2 h, y finalmente para pH 11, la capa conserva la superhidrofobicidad hasta un tiempo de inmersión de 0,5 h. Mientras que el acero recubierto con Ni@Co-BC@SA conserva sus características superhidrófobas a diferentes pH hasta un tiempo de inmersión de 6 h (el tiempo de inmersión máximo examinado). El acero SHP recubierto con Ni@Co-BC@SA tiene mayor estabilidad química que varios valores previamente conocidos62,66.

El cambio en el pH de la solución con el ángulo de contacto con el agua y el ángulo de deslizamiento del agua del acero recubierto por (a) Ni@BC@SA y (b) Ni@Co-BC@SA.

El cambio en el pH de la solución con el ángulo de contacto con el agua en diferentes tiempos de inmersión del acero recubierto por (a) Ni@BC@SA y (b) Ni@Co-BC@SA.

La abrasión mecánica puede dañar las superficies del SHP. Incluso cuando se tocan con el dedo, algunas superficies de SHP pueden agrietarse67. El objetivo principal ahora es mejorar la resistencia a la abrasión de los recubrimientos SHP para que puedan usarse en el sector industrial68. Las películas SHP preparadas se sometieron a pruebas de abrasión para determinar su resistencia a la abrasión mecánica. La Figura 7 muestra cómo la longitud de abrasión afecta los cambios en WCA y WSA de las películas SHP preparadas.

Cambio de WCA y WSA con la longitud de abrasión para acero recubierto con (a) Ni@BC@SA y (b) Ni@Co-BC@SA.

La película Ni@BC@SA SHP preparada conserva su propiedad SHP hasta una longitud de abrasión de 500 mm. Mientras que la película Ni@Co-BC@SA SHP preparada conserva su propiedad SHP hasta una longitud de abrasión de 900 mm. Estos hallazgos mostraron que agregar Co a la película basada en SHP BC desarrollada aumentó en gran medida su estabilidad mecánica. El acero recubierto con Ni@Co-BC@SA tiene mayor resistencia a la abrasión que varios valores previamente conocidos69,70,71,72.

La durabilidad de la muestra de SHP se investiga mediante almacenamiento en una atmósfera ambiente. Después de tres meses de almacenamiento al aire, los valores de los WCA de las películas Ni@BC@SA y Ni@Co-BC@SA son 151° y 158°, y los WSA son 9° y 5°, respectivamente. Estos hallazgos muestran que las películas SHP producidas demuestran estabilidad y durabilidad a largo plazo y son estables en el aire.

La técnica PDP ha sido utilizada para examinar el comportamiento de corrosión del acero desnudo y recubierto con SHP por Ni@BC@SA y Ni@Co-BC@SA. La Figura 8 muestra los gráficos de PDP de acero sin recubrimiento y recubierto con SHP en una solución acuosa de NaCl 0,5 M. La reacción de reducción de oxígeno está representada por corrientes de difusión limitantes en las curvas de polarización catódica, ecuación. (1)73.

El PDP representa el acero desnudo y el acero revestido SHP en una solución de NaCl 0,5 M.

Por lo tanto, el proceso catódico está controlado por la difusión del gas oxígeno desde la masa hasta la superficie del electrodo. El desarrollo de un área anódica ideal de Tafel se ve obstaculizado por la rápida generación de productos de corrosión en la superficie del electrodo del acero desnudo, o por el desarrollo de una capa pasiva cuando el acero se trata con un recubrimiento SHP74,75.

Los parámetros de PDP, incluido el potencial de corrosión (Ecorr), la densidad de corriente de corrosión (icorr) y la eficiencia de protección (% P) del acero desnudo y recubierto con SHP, se muestran en la Tabla 2. La eficiencia de protección se calculó utilizando la ecuación. (2)76.

donde, io. y i son la densidad de corriente de corrosión del acero desnudo y recubierto con SHP. Debido a las propiedades SHP del acero revestido, el icorr. El valor para el acero revestido con Ni @BC@SA es menor que el del acero desnudo. El aire atrapado en las microestructuras de recubrimiento SHP puede reducir el área de contacto entre el acero y la solución, lo que provoca una disminución más rápida en el valor icorr77. El dopaje del biocarbón con cobalto mejora la propiedad del recubrimiento SHP y conduce a una mayor reducción en el área de contacto del medio y el acero. Por tanto, el acero recubierto con Ni@Co-BC@SA tiene una mayor eficacia protectora que el acero recubierto con Ni@BC@SA.

La Figura 9 muestra los gráficos de Nyquist y Bode de acero sin revestimiento y con revestimiento SHP en una solución de NaCl 0,5 M. Los gráficos de Nyquist, Fig. 9a, exhiben un semicírculo capacitivo deprimido a alta frecuencia y una cola de difusión a baja frecuencia. La reacción de transferencia de carga interfacial es lo que causa el semicírculo capacitivo deprimido de los gráficos de Nyquist en altas frecuencias78,79. El transporte de masa es responsable de la cola de difusión a bajas frecuencias. Estos resultados indican que la existencia de una capa protectora SHP es la razón por la cual el acero recubierto con Ni@BC@SA exhibe una resistencia a la transferencia de carga superior que el acero desnudo. El acero recubierto con Ni@Co-BC@SA muestra el semicírculo capacitivo más alto, lo que indica que ofrece el mayor grado de protección. El dopaje del biocarbón con cobalto mejora la superhidrofobicidad y, por lo tanto, la capa de Ni@Co-BC@SA se vuelve más efectiva para restringir la transferencia de especies corrosivas como Cl- y H2O a la superficie del metal de acero.

(a) Gráficos de Nyquist, (b) Bode y (c) Theta de acero desnudo y recubierto con SHP en solución de NaCl 0,5 M.

El acero revestido con SHP fabricado en una solución de NaCl 0,5 M muestra una mayor impedancia a baja frecuencia en los diagramas de Bode que el acero desnudo, como se muestra en la Fig. 9b. Esto confirma que el sustrato de acero está protegido por los recubrimientos SHP creados. Se muestran dos constantes de tiempo en frecuencias bajas e intermedias en el gráfico del ángulo de fase, Fig. 9c. Los productos de corrosión no protectores del acero desnudo o del revestimiento protector SHP fueron los responsables de la constante de tiempo que apareció en la región de baja frecuencia. La doble capa eléctrica fue responsable de la constante de tiempo que apareció en la frecuencia moderada80,81,82.

Se empleó el circuito equivalente representado en la Fig. 10 para ajustar los resultados experimentales de EIS y se usó el programa Zsimpwin para determinar los parámetros de impedancia. Los componentes del circuito equivalente son; resistencia de transferencia de carga, Rct, elemento de fase constante de doble capa, CPEdl, resistencia de solución, Rs y elemento de Warburg. W. Se utilizó la ecuación (3) para determinar la eficiencia de la protección76:

El modelo de circuito equivalente.

Rcto y Rct son la resistencia a la transferencia de carga para el acero desnudo y recubierto con SHP. Los parámetros de impedancia alcanzados se muestran en la Tabla 3. Como es obvio, cada uno de Rct y %P del acero desnudo

Sobre la superficie desnuda del acero, las moléculas de agua pueden adsorberse fácilmente. El acero sin recubrimiento también puede sufrir una corrosión severa debido a que los iones de cloruro se adhieren a la superficie y forman [FeClOH]-. Como resultado, el proceso de corrosión puede iniciarse simplemente cuando los iones Cl- y el agua entran en contacto con la superficie del metal86.

Por otro lado, el acero que ha sido recubierto con películas SHP tiene una nanoestructura a la que se le ha adsorbido material hidrofóbico. Los agujeros entre los picos de la superficie rugosa se llenan fácilmente de aire. Debido al efecto obstructivo del aire atrapado, las especies de iones agresivos en ambientes corrosivos, como el Cl-, rara vez pueden atacar la superficie subyacente10,86,87. También se demostró que la superficie SHP en soluciones neutras está cargada negativamente. Según los informes, la presencia de grupos funcionales electronegativos le da al biocarbón un valor de potencial zeta negativo88,89,90. La carga negativa de una superficie SHP basada en biocarbón provocó una caída en la cantidad de anión Cl− presente cerca de una superficie sólida, lo que aumentó la resistencia a la corrosión10. También se ha informado que las nanopartículas de óxido de cobalto tienen un valor de potencial zeta negativo91,92,93. Por lo tanto, el acero recubierto con Ni@Co-BC@SA tiene una mayor resistencia a la corrosión que el recubrimiento SHP Ni@BC@SA.

El peso ganado de CaCO3 en la superficie del sustrato se utiliza para probar la capacidad de un sustrato determinado para suprimir la formación de incrustaciones y la adherencia al mismo. La Figura 11 muestra el aumento de peso de CaCO3 (mg/cm2) del acero desnudo y del acero recubierto SHP cada 2 h hasta las 20 h de inmersión en una solución de NaHCO3 0,01 M y CaCl2 0,01 M a 60 °C. La Figura muestra que el acero desnudo tiene un valor de ganancia de peso mayor que el acero recubierto con Ni@BC@SA. Por lo tanto, el acero recubierto con SHP preparado tiene una menor tasa de formación de incrustaciones debido a la energía superficial intrínsecamente baja del ácido esteárico, así como a las bolsas de aire entre las nanoestructuras94. El acero recubierto con Ni–Co @BC@SA tiene el valor de ganancia de peso más bajo debido a su mayor superhidrofobicidad, una mayor cantidad de aire queda atrapada entre las nanoestructuras. El aumento de peso en todos los casos con un tiempo de inmersión bajo aumenta linealmente con el tiempo de inmersión, pero con un tiempo de inmersión alto se alcanza una meseta. Para calcular la eficiencia de inhibición de incrustaciones (% SI), la ecuación. (4) se utilizó:

donde Wo y W son el peso ganado por los sustratos desnudos y recubiertos con SHP. La Tabla 4 muestra los valores de W, Wo y % SI para el acero desnudo y recubierto con SHP por Ni @BC@SA y Ni@Co-BC@SA. Los valores de Wo y W se tomaron a las 20 h de inmersión.

La variación del peso de CaCO3 en el acero desnudo y el acero recubierto con SHP con el tiempo de inmersión.

Se utilizó SEM para examinar la morfología de la cristalización de CaCO3 en la superficie de acero no recubierto y recubierto con SHP. Según la Fig. 12, los cristales rómbicos sobre acero desnudo representan en su mayoría la forma de la escala de CaCO3, esto es consistente con la forma relativamente estable de la calcita ordinaria CaCO395. Sin embargo, en el recubrimiento SHP producido, la forma de la escama cambió claramente de cristales rómbicos a estructuras en forma de agujas, que son menos estables y se adhieren mal a las superficies95.

Morfología de las escamas en (a) acero desnudo y acero recubierto SHP por (b) Ni@BC@SA y (c) Ni@Co-BC@SA.

Se aislaron las escamas formadas en el acero desnudo y en el acero recubierto con SHP y se examinó su estructura cristalina utilizando la técnica XRD, Fig. 13. Los resultados muestran que las escamas formadas en el sustrato de acero desnudo están compuestas principalmente de calcita, como lo indica la presencia de picos en 2θ equivale a 23,5, 29,4, 35,7, 39,2, 42,9, 46,9, 47,8, 56,7, 59,8 y 63,5 grados. Esto es consistente con la formación de incrustaciones de carbonato de calcio en condiciones típicas de corrosión. Por otro lado, la incrustación formada en el acero recubierto superhidrófobo por Ni@BC@SA compuesta principalmente de vaterita, como lo indica la presencia de picos en 2θ es igual a 20,3, 24,7, 26,6, 32,6, 38,9, 43,8, 50,1, 55,9. , 60,4 y 63,6 grados. La vaterita es una forma menos estable de carbonato de calcio en comparación con la calcita. La presencia de vaterita sugiere que el recubrimiento superhidrófobo puede haber influido en la nucleación y el crecimiento de las incrustaciones de carbonato de calcio en la superficie del acero recubierto. Los picos de XRD observados para el acero con revestimiento superhidrófobo por Ni@Co-BC@SA mostraron picos similares a los observados para el acero con revestimiento superhidrófobo por Ni@BC@SA pero con menor intensidad. Esto sugiere que la adición de cobalto al recubrimiento a base de biocarbón no alteró significativamente la composición de las incrustaciones de carbonato de calcio formadas en la superficie del acero revestido, pero disminuye la tasa de formación de incrustaciones96,97,98.

Patrones XRD de las escamas en acero desnudo y acero recubierto SHP por Ni@BC@SA y Ni@Co-BC@SA.

La propiedad intrínseca de los propios materiales SHP determina en gran medida la resistencia a los rayos UV99. La fabricación de recubrimientos con resistencia a los rayos UV es una preocupación crucial para las aplicaciones en exteriores. Una superficie SHP puede tener una larga estabilidad a los rayos UV sin perder la propiedad SHP cuando se realiza una elección adecuada de los materiales. La Figura 14 demuestra el impacto del tiempo de irradiación UV en el WCA del acero recubierto SHP por Ni@BC@SA y Ni@Co-BC@SA. El acero recubierto con SHP de Ni@BC@SA tiene una estabilidad UV de hasta 65 h mientras que el acero recubierto con acero de Ni@Co-BC@SA tiene una estabilidad UV de hasta 95 h. El acero recubierto SHP de Ni@Co-BC@SA tiene mayor estabilidad UV que varios valores previamente conocidos100,101,102,103.

Efecto del tiempo de irradiación UV sobre el WCA del acero recubierto SHP por Ni@BC@SA y Ni@Co-BC@SA.

El biocarbón se produjo a partir de paja de arroz, una fuente de biomasa respetuosa con el medio ambiente, y se utilizó para crear revestimientos superhidrófobos de Ni@BC@SA y Ni@Co-BC@SA sobre un sustrato de acero. El dopaje del biocarbón con cobalto aumenta la superhidrofobicidad del recubrimiento.

El recubrimiento de Ni@BC@SA retiene la superhidrofobicidad en el rango de pH de 3 a 11, mientras que el recubrimiento de Ni@Co-BC@SA retiene la superhidrofobicidad en el rango de pH de 2 a 12. Además, el recubrimiento Ni@BC@SA creado demuestra superhidrofobicidad hasta una longitud de abrasión de 500 mm, mientras que el recubrimiento Ni@Co-BC@SA exhibe superhidrofobicidad hasta una longitud de abrasión de 900 mm.

Según los hallazgos del PDP, la densidad de la corriente de corrosión se reduce significativamente cuando el acero se recubre con un recubrimiento SHP, lo que también da como resultado una velocidad de corrosión significativamente reducida. Esto lo confirman aún más los resultados del EIS. La eficiencia de inhibición de incrustaciones para acero recubierto con Ni@BC@SA y Ni@Co-BC@SA es 30,26 y 51,32%, respectivamente. En términos de estabilidad UV, el acero recubierto con Ni@Co-BC@SA permanece estable hasta por 95 h, mientras que el acero recubierto SHP con Ni@BC@SA permanece estable hasta por 65 h.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

Se ha publicado una corrección a este artículo: https://doi.org/10.1038/s41598-023-40238-x

Cui, C., Li, Z., Qi, B., Cao, Y. y Wei, J. Investigación sobre la fabricación de superficies superhidrófobas duraderas basadas en una estrategia multiadhesiva. Aplica. Navegar. Ciencia. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.154049 (2022).

Artículo de Google Scholar

Bao, Y. et al. Materiales de energía solar y fabricación de células solares de revestimiento compuesto superhielo/descongelante basado en ZnO@CuS tipo hortensia. Sol. Materia energética. Sol. Celdas 245, 111838. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2022.111838 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Mohamed, ME, Ezzat, A. & Gaber, AMA Fabricación de un recubrimiento superhidrófobo a base de grafeno ecológico sobre sustrato de acero y su resistencia a la corrosión, estabilidad química y mecánica. Ciencia. Rep. 12, 1-15. https://doi.org/10.1038/s41598-022-14353-0 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Hu, D., Li, Y., Weng, Y., Peng, H. y Zeng, J. Fabricación de tejidos de algodón superhumectantes sostenibles y duraderos con polifenol vegetal para la separación de aceite y agua bajo demanda. Cultivo de Indiana. Pinchar. 186, 115264. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.115264 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Bayer, IS Recubrimientos superhidrofóbicos a partir de materiales y procesos ecológicos: una revisión. Adv. Madre. Interfaces 7, 1–25. https://doi.org/10.1002/admi.202000095 (2020).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Morrissette, JM y cols. Una metodología para producir recubrimientos superhidrófobos ecológicos producidos a partir de materiales de relleno de origen vegetal procesados ​​totalmente con agua. Química verde. 20, 5169–5178. https://doi.org/10.1039/c8gc02439a (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Su, C., Zhao, H., Yang, H. & Chen, R. Esponja compuesta de almidón/quitosano modificado con ácido esteárico con humectabilidad asimétrica y gradual para apósitos para heridas. Aplicación ACS. Bio Mater. 2, 171–181. https://doi.org/10.1021/acsabm.8b00508 (2019).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Thasma Subramanian, B., Alla, JP, Essomba, JS & Nishter, NF Recubrimientos en aerosol superhidrófobos no fluorados para aplicaciones de separación de agua y aceite: un enfoque ecológico. J. Limpio. Pinchar. 256, 120693. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120693 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Davis, A., Surdo, S., Caputo, G., Bayer, IS y Athanassiou, A. Producción ambientalmente benigna de monolitos de silicona superhidrófobos robustos y estirables. Aplicación ACS. Madre. Interfaces 10, 2907–2917. https://doi.org/10.1021/acsami.7b15088 (2018).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Ou, J. & Chen, X. Resistencia a la corrosión del recubrimiento nanocompuesto de ácido fítico/Ce (III) con superhidrofobicidad sobre magnesio. J. Compd. de aleaciones. 787, 145-151. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.02.003 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Mohamed, ME y Abd-El-Nabey, BA Método fácil y ecológico para la fabricación de superficies superhidrófobas sobre metal de cobre. ECS J. Ciencia del estado sólido. Tecnología. 9, 061006. https://doi.org/10.1149/2162-8777/ab9dc7 (2020).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Li, W. y col. Una estrategia sencilla para preparar tejidos superhidrófobos autorreparables y resistentes con propiedades autolimpiantes, antihielo, resistentes a los rayos UV y antibacterianas. Química. Ing. J. 446, 137195. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137195 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Li, Z., Marlena, J., Pranantyo, D., Nguyen, BL y Yap, CH Una superficie superhidrófoba porosa con control activo del plastrón de aire para reducir la resistencia al arrastre y resistir el empalado de fluidos. J. Mater. Química. Un 7, 16387–16396. https://doi.org/10.1039/c9ta02745a (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Ding, YR y cols. Fabricación de una película conductora superhidrófoba en la interfaz aire/agua para sensores flexibles y portátiles. Química. Ing. J. 404, 126489. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126489 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Mohamed, ME y Abd-El-Nabey, BA Compuesto superhidrófobo de cobalto y grafeno para la protección contra la corrosión de placas bipolares de cobre en pilas de combustible de membrana de intercambio de protones. J. Electroquímica. Conversaciones de energía. Almacenamiento 19, 031007. https://doi.org/10.1115/1.4053782 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Liu, J. y col. Películas activas elásticas superhidrófobas y fotocatalíticas utilizadas como apósito repelente de sangre. Adv. Madre. 32, 1908008. https://doi.org/10.1002/adma.201908008 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Abd Aziz, MH et al. Superficie cerámica jerárquica superhidrófoba autolimpiante y antiincrustante sintetizada a partir de métodos hidrotermales y de fluoración. Aplica. Navegar. Ciencia. 598, 153702. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.153702 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Mohamed, ME y Abd-El-Nabey, BA Fabricación de tejido de algodón superhidrófobo/oleófilo duradero para una separación de aceite/agua altamente eficiente. Ciencia del agua. Tecnología. 83, 90–99. https://doi.org/10.2166/wst.2020.562 (2021).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Mohamed, ME, Mahgoub, FM, Ragheb, DM y Abdel-Gaber, AM Método novedoso y sencillo para la fabricación de una película superhidrófoba robusta sobre una superficie de cobre y su rendimiento químico, mecánico y frente a la corrosión. Navegar. Ing. 37, 1-11. https://doi.org/10.1080/02670844.2021.1951502 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Li, F. y col. Fabricación sencilla de nuevos recubrimientos híbridos superhidrófobos de Al2O3/polisiloxano para la protección contra la corrosión de aleaciones de aluminio. Surf de coloides. Una fisicoquímica. Ing. Áspid. 640, 128444. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.128444 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Rasitha, TP y Philip, J. Condición óptima para fabricar una superficie de titanio superhidrófoba mecánicamente duradera mediante anodización de descomposición rápida: características de autolimpieza y rebote. Aplica. Navegar. Ciencia. 585, 152628. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.152628 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Hu, Z. et al. Recubrimiento superhidrófobo libre de flúor con enclavamiento mecánico y alta resistencia a la corrosión. Prog. Org. Abrigo. 168, 106871. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2022.106871 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Xue, F. y col. Durabilidad mejorada y recubrimientos superhidrófobos versátiles mediante una sencilla técnica de pulverización en un solo paso. Surf de coloides. Una fisicoquímica. Ing. Áspid. 640, 128411. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.128411 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Duman, O., Uğurlu, H., Diker, C. Ö. & Tunç, S. Fabricación de materiales de membrana de agar/PVA y PVA electrohilados altamente hidrófobos o superhidrófobos para una separación eficiente y selectiva de aceite/agua. J. Medio Ambiente. Química. Ing. 10, 7405. https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.107405 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Wu, L. y col. Recubrimientos multifuncionales, superhidrófobos, tolerantes a la temperatura y basados ​​en inmersión en emulsión para aplicaciones de detección de tensión inteligente. Compos. Ciencia. Tecnología. 216, 109045. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2021.109045 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Ke, C., Zhang, C., Wu, X. y Jiang, Y. Recubrimientos superhidrófobos robustos y altamente transparentes fabricados mediante un sencillo proceso sol-gel. Películas sólidas delgadas 723, 138583. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2021.138583 (2021).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Zavareh, MA, Sarhan, AADM, Razak, BBA y Basirun, WJ Rociado térmico por plasma de recubrimiento de óxido cerámico sobre acero al carbono con mayor resistencia al desgaste y a la corrosión para aplicaciones de petróleo y gas. Cerámica. En t. 40, 14267–14277. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.06.017 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Hegazy, MA, El-Etre, AY, El-Shafaie, M. & Berry, KM Nuevos tensioactivos catiónicos para la inhibición de la corrosión de tuberías de acero al carbono en aplicaciones de pozos de petróleo y gas. J. Mol. Licuado. 214, 347–356. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2015.11.047 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Ijaola, AO, Farayibi, PK y Asmatulu, E. Recubrimientos superhidrófobos para la protección de tuberías de acero en las industrias de petróleo y gas: una revisión exhaustiva. J. Nat. Ciencia del gas. Ing. 83, 103544. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2020.103544 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Foorginezhad, S. et al. Avances recientes en la detección y evaluación de la corrosión en tuberías de alcantarillado. Proceso de seguridad. Reinar. Prot. 147, 192–213. https://doi.org/10.1016/j.psep.2020.09.009 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Ye, Y., Chen, H., Zou, Y., Ye, Y. & Zhao, H. Mecanismo de protección contra la corrosión del revestimiento inteligente autorreparable a base de grafeno sobre acero al carbono. Corros. Ciencia. 174, 108825. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108825 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Jena, G., Thinaharan, C., George, RP y Philip, J. Recubrimiento superhidrófobo robusto de ácido mirístico y óxido de grafeno reducido en níquel sobre acero al carbono mediante codeposición electroquímica y su resistencia a la corrosión. Navegar. Abrigo. Tecnología. 397, 125942. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125942 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Ding, S. y col. Fabricación de una película híbrida de níquel/grafeno superhidrófoba autolimpiante con resistencia a la corrosión mejorada en acero dulce. Madre. Des. 117, 280–288. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.12.084 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Zhang, C. y col. Construcción de superficies superhidrófobas mecanoquímicas duraderas y autorreparables. ACS Omega 5, 986–994. https://doi.org/10.1021/acsomega.9b03912 (2020).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wang, N., Wang, Q., Xu, S., Qu, L. y Shi, Z. Superficies de madera superhidrofóbicas robustas con durabilidad mecánica. Surf de coloides. Una fisicoquímica. Ing. Áspid. 608, 125624. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125624 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Li, C. y col. Caracterización de biocarbón producido por copirolisis de paja de melón hami (Cantaloupes) mezclada con polipropileno y sus propiedades de adsorción de cadmio. En t. J. Medio Ambiente. Res. Salud Pública 18, 1413. https://doi.org/10.3390/ijerph182111413 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Duan, H. y col. Espuma a base de biocarbón superhidrófobo-superoleófilo para una separación repetible y de alta eficiencia de aceite y agua. Ciencia. Medio ambiente total. 780, 146517. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146517 (2021).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Liu, Y., Zhao, X., Li, J., Ma, D. y Han, R. Caracterización del biocarbón procedente de la pirólisis de paja de trigo y su evaluación de la adsorción de azul de metileno. Desalinización. Tratamiento de agua. 46, 115-123. https://doi.org/10.1080/19443994.2012.677408 (2012).

Artículo CAS Google Scholar

Eltaweil, AS, Abdelfatah, AM, Hosny, M. & Fawzy, M. Nueva síntesis biogénica de un nanocompuesto Ag@biochar como agente antimicrobiano y fotocatalizador para la degradación del azul de metileno. ACS Omega 7, 8046–8059. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c07209 (2022).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Vázquez-Arenas, J. et al. Electrodeposición de aleaciones de Co-Ni en diferentes condiciones de pH, corriente y composición. Electrochim. Acta. 65, 234–243. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.01.050 (2012).

Artículo CAS Google Scholar

Yang, J. y col. Alta actividad catalítica y estabilidad de nanoesferas jerárquicas de sulfuro de níquel y sulfuro de cobalto en los contraelectrodos para células solares sensibilizadas con colorante. Química. Comunitario. 50, 4824–4826. https://doi.org/10.1039/c4cc00001c (2014).

Artículo CAS Google Scholar

An, ZG, Zhang, JJ & Pan, SL Síntesis y caracterización simples de superestructuras de cobalto similares al sisal altamente ordenadas. Madre. Química. Física. 123, 795–800. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2010.05.062 (2010).

Artículo CAS Google Scholar

Cheng, G. Síntesis fácil de microestructuras de cobalto en forma de hojas a baja temperatura. Micro Nano Lett. 9, 312–314. https://doi.org/10.1049/mnl.2014.0027 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Mohammad Shafri Ismail, Nueva York et al. Síntesis y caracterización de grafeno derivado de cáscara de arroz. Malasia J. Fundam. Aplica. Ciencia. 14, 516–521. https://doi.org/10.7209/tanso.2016.182 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Wisnugroho, J., Gifry, R. & Indrajaya, Y. Diseño y análisis de elementos finitos de la estructura de una torre de mangueras de carga utilizando material de acero con bajo contenido de carbono. Aplica. Mec. Madre. 893, 20-26. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.893.20 (2019).

Artículo de Google Scholar

Ahmad, MIM, Arifin, A., Abdullah, S., Jusoh, WZW y Singh, SSK Efecto del agrietamiento por fatiga en la fuga de flujo magnético para acero A283 grado C. Compuestos de acero. Estructura. 19, 1549-1560 (2015).

Artículo de Google Scholar

Ortiz-Domínguez, M., Gómez-Vargas, O. A. & Mariana Bárcenas-Castañeda, V.A.C.-E. Comparison and analysis of diffusion models. Materials 15, 8420. https://doi.org/10.1007/978-0-387-34982-4_6 (2022).

Artículo ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Adiatmika, H. & Haryadi, GD Análisis de la vida restante en un tanque de almacenamiento de gasóleo de alta velocidad Astm a283 grado C mediante mediciones de espesor ultrasónicas. J. Tecnología. Máquina S. 4, 126-131 (2016).

Google Académico

Si, Y. & Guo, Z. Papel reciclado superhidrófobo funcionalizado ecológico con retardo de llama mejorado. J. Ciencia de la interfaz coloidal. 477, 74–82. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2016.05.044 (2016).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Cao, C. & Cheng, J. Fabricación de superficies robustas con humectabilidad especial sobre sustratos de cobre porosos para diversas separaciones de aceite y agua. Química. Ing. J. 347, 585–594. https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.04.146 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Wan, S., Cong, Y., Jiang, D. & Dong, ZH Mejora de la barrera contra la intemperie de una placa de circuito impreso mediante un revestimiento superhidrófobo a base de sílice fluorada. Surf de coloides. Una fisicoquímica. Ing. Áspid. 538, 628–638. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2017.11.056 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Abd-El-Nabey, BA, Ashour, M., Aly, AM y Mohamed, ME Fabricación de películas robustas de níquel superhidrófobas sobre superficies de acero con alta resistencia a la corrosión y estabilidad mecánica y química. J. Ing. Madre. Tecnología. 144, 2255. https://doi.org/10.1115/1.4052768/1122255 (2022).

Artículo de Google Scholar

Mohamed, ME y Abd-El-Nabey, BA Comportamiento ante la corrosión de una superficie de acero modificada por una película superhidrófoba robusta a base de grafeno con rugosidad jerárquica. J. Mater. Ciencia. https://doi.org/10.1007/s10853-022-07325-2 (2022).

Artículo de Google Scholar

Hafeez, M. y col. Síntesis verde de nanopartículas de óxido de cobalto para posibles aplicaciones biológicas. Madre. Res. Expresar. 7, 25019. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab70dd (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Farhadi, S., Javanmard, M. & Nadri, G. Caracterización de nanopartículas de óxido de cobalto preparadas mediante la descomposición térmica del complejo [Co(NH3)5(H2O)](NO3)3 y estudio de su actividad fotocatalítica. Acta Chim. Eslovaco. 63, 335–343 (2016).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Wang, L. y col. Efectos del envejecimiento del biocarbón en el suelo sobre sus propiedades mecánicas y su rendimiento para las emisiones de CO2 y N2O del suelo. Ciencia. Medio ambiente total. 782, 146824. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146824 (2021).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Pusceddu, E. et al. Comparación entre muestras de biocarbón antiguas y frescas, un estudio sobre la recalcitrancia de estructuras carbonosas durante la incubación del suelo. En t. J. Nueva tecnología. Res. 3, 39–46 (2016).

Google Académico

Manjunatha, M., Reddy, GS, Mallikarjunaiah, KJ, Damle, R. & Ramesh, KP Determinación de la composición de fases de nanopartículas de cobalto utilizando resonancia magnética nuclear de campo interno de 59Co. J. Supercond. Magn. de noviembre. 32, 3201–3209. https://doi.org/10.1007/s10948-019-5083-7 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Chen, J. y col. Preparación de recubrimiento compuesto hidrofóbico de Ni/grafeno con estructura micronano binaria mediante modificación de polidopamina. Navegar. Abrigo. Tecnología. 353, 1–7. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.08.073 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Ren, Z. y col. Propiedades mecánicas de compuestos de níquel-grafeno sintetizados por deposición electroquímica. Nanotecnología 26, 065706. https://doi.org/10.1088/0957-4484/26/6/065706 (2015).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Chen, Z., Li, F., Hao, L., Chen, A. y Kong, Y. Proceso de electrodeposición en un solo paso para fabricar una superficie catódica superhidrófoba. Aplica. Navegar. Ciencia. 258, 1395–1398. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2011.09.086 (2011).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Ma, L. y col. Preparación de una película compuesta superhidrófoba de TiN/PTFE para aplicaciones de autolimpieza y protección contra la corrosión. J. Mater. Ciencia. 56, 1413-1425. https://doi.org/10.1007/s10853-020-05364-1 (2021).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Forooshani, HM, Aliofkhazraei, M. & Bagheri, H. Fabricación de superficies jerárquicas de níquel de estructura dual (HDS) y su comportamiento ante la corrosión. J. Compd. de aleaciones. 784, 556–573. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.01.079 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Ye, Y. et al. Síntesis en un solo paso de óxido de silsesquioxano-grafeno oligomérico poliédrico superhidrófobo y su aplicación en los campos anticorrosión y antidesgaste. Corros. Ciencia. 147, 9–21. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.10.034 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Qing, Y., Long, C., An, K. y Liu, C. Nanopartículas naturales injertadas con colofonia para un revestimiento antiincrustante extremadamente robusto y ecológico con transporte de líquido controlable. Compos. B Ing. 236, 109797. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.109797 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Du, C., He, X., Tian, ​​F., Bai, X. y Yuan, C. Preparación de superficies de acero superhidrófobas con estabilidad química y corrosión. Recubrimientos 9, 1-10 (2019).

Artículo de Google Scholar

Zhao, Y., Xiao, X., Ye, Z., Ji, Q. y Xie, W. Fabricación de una superficie superhidrófoba de revestimiento de cobre duradera con resistencia a la corrosión mejorada y propiedades de separación de aceite y agua. Aplica. Física. Una Mater. Ciencia. Proceso. 124, 1–10. https://doi.org/10.1007/s00339-018-1627-0 (2018).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Nguyen-Tri, P. et al. Progresos recientes en la preparación, propiedades y aplicaciones de recubrimientos y superficies nanosuperhidrófobas: una revisión. Prog. Org. Abrigo. 132, 235–256. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2019.03.042 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Xue, Y., Wang, S., Bi, P., Zhao, G. y Jin, Y. Recubrimiento de Co-Ni superhidrófobo con alta resistencia a la abrasión preparado por electrodeposición. Recubrimientos 9, 1–14. https://doi.org/10.3390/coatings9040232 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Chen, X. et al. Construcción de superficies superhidrófobas mecánicamente duraderas mediante deposición por pulverización térmica y modificación adicional de la superficie. Aplica. Navegar. Ciencia. 356, 639–644. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.08.156 (2015).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Zhao, G. y col. Robustas superficies superhidrófobas de Ni/WC mediante electrodeposición. RSC Avanzado. 7, 44896–44903. https://doi.org/10.1039/c7ra08535d (2017).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Zhang, XF, Zhao, JP & Hu, JM Superficies superhidrófobas autolimpiantes, repelentes al agua caliente y resistentes a la abrasión fabricadas mediante electroforesis de nanopartículas en películas sol-gel electrodepositadas. Adv. Madre. Interfaces 4, 1–8. https://doi.org/10.1002/admi.201700177 (2017).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Mohamed, ME, Mekhaiel, PS y Mahgoub, FM Construcción de un recubrimiento superhidrófobo a base de grafeno sobre sustrato de acero y sus propiedades de durabilidad ultravioleta y resistencia a la corrosión. Ciencia. Rep. 13, 8 (2023).

Google Académico

Flitt, HJ & Schweinsberg, DP Evaluación de la velocidad de corrosión a partir de curvas de polarización que no muestran una región de Tafel. Corros. Ciencia. 47, 3034–3052. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2005.06.014 (2005).

Artículo CAS Google Scholar

McCafferty, E. Validación de las tasas de corrosión medidas por el método de extrapolación de Tafel. Corros. Ciencia. 47, 3202–3215. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2005.05.046 (2005).

Artículo CAS Google Scholar

Fetouh, HA, Abd-El-Nabey, B., Goher, YM y Karam, MS Una investigación electroquímica de las propiedades anticorrosivas de las nanopartículas de plata para la corrosión ácida del aluminio. J. Electroquímica. 24, 89-100 (2018).

CAS Google Académico

Ou, J. y col. Comportamiento a la corrosión de superficies superhidrófobas de aleaciones de Ti en soluciones de NaCl. Aplica. Navegar. Ciencia. 258, 4724–4728. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.01.066 (2012).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Abdel-Gaber, AM, Ezzat, A. y Mohamed, ME Extractos de semillas de fenogreco y hojas de uchuva como inhibidores verdes de la corrosión del acero en la industria del ácido fosfórico. Ciencia. Rep. 12, 22251. https://doi.org/10.1038/s41598-022-26757-z (2022).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ghiamati Yazdi, E., Ghahfarokhi, ZS y Bagherzadeh, M. Protección de la corrosión del acero al carbono en medio de NaCl al 3,5% mediante recubrimientos de grafeno injertados con arildiazonio. Nuevo J. Chem. 41, 12470–12480. https://doi.org/10.1039/c7nj01655g (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Nady, H., El-Rabiei, MM & Samy, M. Comportamiento de corrosión y propiedades electroquímicas del acero al carbono, titanio puro comercial, cobre y aleaciones de cobre, aluminio y níquel en cloruro de sodio al 3,5% que contiene iones de sulfuro. Egipto. J. mascota. 26, 79–94. https://doi.org/10.1016/j.ejpe.2016.02.008 (2017).

Artículo de Google Scholar

Mahdavian, M. & Naderi, R. Inhibición de la corrosión del acero dulce en solución de cloruro de sodio por parte de algunos complejos de zinc. Corros. Ciencia. 53, 1194-1200. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2010.12.013 (2011).

Artículo CAS Google Scholar

Berrani, A. et al. Electroquímica analítica y bioanalítica. Anal. Bioanal. Electroquímica. 10, 1299-1316 (2018).

CAS Google Académico

Qu, J. et al. Un nuevo enfoque respetuoso con el medio ambiente para preparar superficies de acero inoxidable de color superhidrófobo para decoración, anticorrosión y autolimpieza. J. Mater. Ciencia. 56, 854–869. https://doi.org/10.1007/s10853-020-05293-z (2021).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Lv, X. y col. Un método sencillo para construir un recubrimiento de zinc superhidrófobo sobre una superficie de acero con propiedades anticorrosión y de reducción de arrastre. Aplica. Navegar. Ciencia. 562, 150192. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.150192 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Varshney, P., Mohapatra, SS y Kumar, A. Recubrimiento superhidrófobo duradero y regenerable sobre superficies de acero para protección contra la corrosión. J. Bio-Tribo-Corros. 7, 1–11. https://doi.org/10.1007/s40735-021-00518-3 (2021).

Artículo de Google Scholar

Rasitha, TP, Vanithakumari, SC, George, RP y Philip, J. Método de electrodeposición en un solo paso sin plantilla para la fabricación de un revestimiento superhidrófobo robusto sobre acero ferrítico con capacidad de autolimpieza y resistencia superior a la corrosión. Langmuir 35, 12665-12679. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.9b02045 (2019).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Barati Darband, G., Aliofkhazraei, M., Khorsand, S., Sokhanvar, S. & Kaboli, A. Ciencia e ingeniería de superficies superhidrófobas: revisión de la resistencia a la corrosión y la estabilidad química y mecánica. Árabe. J. química. 13, 1763–1802. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2018.01.013 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Tong, XJ, Li, JY, Yuan, JH y Xu, RK Adsorción de Cu (II) por biocarbón generado a partir de tres pajas de cultivos. Química. Ing. J. 172, 828–834. https://doi.org/10.1016/j.cej.2011.06.069 (2011).

Artículo CAS Google Scholar

Hong, M., Zhang, L., Tan, Z. y Huang, Q. Mecanismo de efecto del potencial zeta del biocarbón en la inmovilización de cadmio del suelo agrícola. Reinar. Ciencia. Contaminación. Res. 26, 19738–19748. https://doi.org/10.1007/s11356-019-05298-5 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Yuan, JH, Xu, RK y Zhang, H. Las formas de álcalis en el biocarbón producido a partir de residuos de cultivos a diferentes temperaturas. Biorrecurso. Tecnología. 102, 3488–3497. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.11.018 (2011).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Ates, M., Demir, V., Arslan, Z., Camas, M. y Celik, F. Toxicidad de las nanopartículas diseñadas de óxido de níquel y óxido de cobalto para Artemia salina en agua de mar. Contaminación del agua, el aire y el suelo. 227, 9. https://doi.org/10.1007/s11270-016-2771-9 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Chattopadhyay, S. et al. Toxicidad de las nanopartículas de óxido de cobalto para las células normales: un estudio in vitro e in vivo. Química. Biol. Interactuar. 226, 58–71. https://doi.org/10.1016/j.cbi.2014.11.016 (2015).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Rajeswari, VD y cols. Síntesis verde y ecológica de nanopartículas de óxido de cobalto utilizando Phoenix dactylifera L.: actividad antimicrobiana y fotocatalítica. Aplica. Nanociencia. https://doi.org/10.1007/s13204-021-02038-5 (2021).

Artículo de Google Scholar

Liu, Z. y col. Revestimiento compuesto superhidrófobo duradero de PVDF/FEVE/GO@TiO2 con excelentes propiedades antical y de resistencia a los rayos UV. Química. Ing. J. 411, 128632. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.128632 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Li, H., Yu, S., Hu, J. & Yin, X. Fabricación sin modificadores de un revestimiento duradero de Cu-Zn electrodepositado superhidrófobo sobre sustrato de acero con propiedades autolimpiantes, anticorrosión y antical. Aplica. Navegar. Ciencia. 481, 872–882. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.03.123 (2019).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Qian, H. y col. Antiincrustante de revestimiento compuesto de poli(fluoruro de vinilideno) superhidrófobo: efecto de lucha contra los nanotubos de carbono. Prog. Org. Abrigo. 142, 105566. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2020.105566 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Trushina, DB, Bukreeva, TV, Kovalchuk, MV & Antipina, MN Micropartículas de vaterita CaCO3 para aplicaciones biomédicas y de cuidado personal. Madre. Ciencia. Ing. C 45, 644–658. https://doi.org/10.1016/j.msec.2014.04.050 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Thriveni, T., Nam, SY, Ahn, JW y Um, N.-I. Mejora de la eficiencia de la eliminación de arsénico de las aguas residuales mineras mediante la carbonatación acelerada. En IMPC 2014—27° Int. Minero. Proceso. Congr. (2014).

Zhang, W., Wang, D., Sun, Z., Song, J. & Deng, X. Superhidrofobicidad robusta: mecanismos y estrategias. Química. Soc. Rev. 50, 4031–4061. https://doi.org/10.1039/d0cs00751j (2021).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Pan, G., Xiao, X. & Ye, Z. Fabricación de un recubrimiento superhidrófobo estable sobre tela con durabilidad mecánica, resistencia a los rayos UV y alta eficiencia de separación de agua y aceite. Navegar. Abrigo. Tecnología. 360, 318–328. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.12.094 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Wong, WSY, Stachurski, ZH, Nisbet, DR y Tricoli, A. Superficies autolimpiantes transparentes y ultraduraderas mediante autoensamblaje a gran escala de redes de polímeros jerárquicas interpenetradas. Aplicación ACS. Madre. Interfaces 8, 13615–13623. https://doi.org/10.1021/acsami.6b03414 (2016).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Isimjan, TT, Wang, T. & Rohani, S. Un método novedoso para preparar superficies de acero superhidrófobas, resistentes a los rayos UV y anticorrosión. Química. Ing. J. 210, 182–187. https://doi.org/10.1016/j.cej.2012.08.090 (2012).

Artículo CAS Google Scholar

Yang, M. y col. Construcción sencilla de textiles de algodón superhidrófobos robustos para una protección UV efectiva, autolimpieza y separación de agua y aceite. Surf de coloides. Una fisicoquímica. Ing. Áspid. 570, 172–181. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.03.024 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Descargar referencias

Financiamiento de acceso abierto proporcionado por la Autoridad de Financiamiento de Ciencia, Tecnología e Innovación (STDF) en cooperación con el Banco Egipcio de Conocimiento (EKB). Este artículo se basa en un trabajo financiado por una subvención de la Autoridad de Financiamiento de Ciencia, Tecnología e Innovación (STDF).

Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad de Alejandría, Alejandría, Egipto

ME Mohamed, O. Adel y E. Khamis

Facultad de Ciencias Básicas Avanzadas, Universidad Internacional Alamein, Ciudad de Alamein, Gobernación de Matrouh, Egipto

YO Mohamed

Universidad Egipcia Rusa, Badr, Egipto

E. jueves

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

MEM: Redacción: revisión y edición, Metodología, Supervisión, Conservación de datos y Redacción: borrador original. OA: Metodología, curación de datos y redacción: revisión y edición. EK: Escritura: revisión y edición, supervisión, discusión y validación. Al final, este manuscrito ha resultado de la colaboración de todos los autores.

Correspondencia al ME Mohamed.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Se revisó la versión original en línea de este artículo: La versión original de este artículo contenía un error en la sección de Financiamiento. Ahora dice: “Financiamiento de acceso abierto proporcionado por la Autoridad de Financiamiento de Ciencia, Tecnología e Innovación (STDF) en cooperación con el Banco Egipcio de Conocimiento (EKB). Este documento se basa en un trabajo respaldado por una subvención de la Autoridad de Financiamiento de Ciencia, Tecnología e Innovación (STDF)”.

Acceso Abierto Este artículo está bajo una Licencia Internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, compartir, adaptación, distribución y reproducción en cualquier medio o formato, siempre y cuando se dé el crédito apropiado al autor(es) original(es) y a la fuente. proporcione un enlace a la licencia Creative Commons e indique si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la normativa legal o excede el uso permitido, deberá obtener permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Mohamed, ME, Adel, O. y Khamis, E. Fabricación de revestimiento superhidrófobo a base de biocarbón sobre sustrato de acero y su rendimiento de resistencia a los rayos UV, antical y a la corrosión. Representante científico 13, 9453 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36589-0

Descargar cita

Recibido: 12 de enero de 2023

Aceptado: 06 de junio de 2023

Publicado: 10 de junio de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36589-0

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, actualmente no hay un enlace para compartir disponible para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenidos Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.