Ідентифікація особливостей шорсткості поверхні та утворення пухирів H2 на супергідрофобних властивостях мембран Al2O3 та Mg

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.286391

Ключові слова:

гібридна технологія, супергідрофобність, шорсткість поверхні, гібридна композиція, мембрани

Анотація

У цьому дослідженні досліджуються наномембранні шари оксиду алюмінію (Al2O33) і магнію з використанням гібридної технології. Гібрид — це концепція поєднання двох або більше матеріалів/елементів для досягнення чогось кращого. Гібридна технологія була розроблена через можливість комбінування матеріалів/елементів, які при одночасному використанні мають більше переваг, ніж якщо використовувати окремо. Проблема, яку потрібно вирішити, - знайти найкращий склад гібридних мембран з оксиду алюмінію та магнію. Супергідрофобні властивості мембрани досягаються при процентному вмісті Mg: 50 %, Al2O33: 50 %. У складі нижче 50 % Mg невелика шорсткість поверхні має низький поверхневий натяг, тоді як реакція утворення H2 за допомогою Mg також низька, тому несуча здатність газу до поверхневого натягу та шорсткість крапель є незначними, що спричиняє гідрофобність повинна бути низькою. У композиціях із вмістом понад 50 % Mg утворення H2 за рахунок високого вмісту Mg призводить до того, що бульбашки покривають піки шорсткості, завдяки чому поверхневий натяг є нижчим і змінює супергідрофобні властивості на гідрофобні. При високому відсотковому вмісті Mg утворення H2 дуже велике, тоді як шорсткість поверхні зменшується через мінімальну кількість Al2O3. У результаті канавки шорсткості не можуть вмістити бульбашки газу H2, бульбашки повністю покривають піки шорсткості, які є джерелом поверхневого натягу, так що гідрофобні властивості стають гідрофільними. Результати цієї найкращої гібридної композиції можна використовувати як орієнтир у виготовленні супергідрофобних мембран на оксиді алюмінію (Al2O3) і магнієвих сплавах. Ця мембрана використовується як фільтраційна мембрана в процесі очищення води. Супергідрофобні мембрани широко застосовуються в мембранній дистиляції, мембранному поглинанні газу та первапарації

Спонсор дослідження

  • The author would like to thank Lambung Mangkurat University for funding this research through DIPA funding from Lambung Mangkurat University for the 2023 Fiscal Year with Number: SP-DIPA – 023.17.2.677518/2023 dated 30 November 2022

Біографії авторів

Rachmat Subagyo, Lambung Mangkurat University

Profesor of Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

I. N. G. Wardana, Brawijaya University

Profesor of Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Agung Sugeng Widodo, Brawijaya University

Doctoral of Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Eko Siswanto, Brawijaya University

Doctoral of Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Andy Nugraha, Lambung Mangkurat University

Magister of Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

M. Munawar Fadilah, Lambung Mangkurat University

Student of Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Agusnaedi, Lambung Mangkurat University

Student of Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Ahmad Fadhila Ramadhani, Lambung Mangkurat University

Student of Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Посилання

  1. Subagyo, R., Tamjidillah, M., Irawansyah, H., Ghofur, A., Muchsin. (2021). Experimental study the effect of surface roughness of a material on its hydrophobicity. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1034 (1), 012143. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/1034/1/012143
  2. Subagyo, R., Muchsin, Ferdiansyah, V., Irawansyah, H. (2023). Experimental study of leave hydrophobicity with variation of volume and surface slope. AIP Conference Proceedings. doi: https://doi.org/10.1063/5.0120232
  3. Negara, K. M. T., Widhiyanuriyawan, D., Hamidi, N., Wardana, I. N. G. (2020). The Dynamic Interaction of Water Droplet with Nano-Stalagmite Functional Groups of Taro Leaf Surface. Journal of Southwest Jiaotong University, 55 (2). doi: https://doi.org/10.35741/issn.0258-2724.55.2.28
  4. Trisna Negara, K. M., Hamidi, N., Widhiyanuriyawan, D., Wardana, I. N. G. (2020). Development of energy harvesting with water droplet continuous flow over nanohollow and nanostalagmite of taro leaf surface. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (5 (107)), 14–22. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.214263
  5. Subagyo, R., Wardana, I. N. G., Widodo, A., Siswanto, E. (2020). The role of hydrogen gas bubble in hydrophobic properties in mixed micro layer (Al2O3+Mg). Archives of Materials Science and Engineering, 1 (105), 5–16. doi: https://doi.org/10.5604/01.3001.0014.5119
  6. Yao, C. W., Garvin, T. P., Alvarado, J. L., Jacobi, A. M., Jones, B. G., Marsh, C. P. (2012). Droplet contact angle behavior on a hybrid surface with hydrophobic and hydrophilic properties. Applied Physics Letters, 101 (11), 111605. doi: https://doi.org/10.1063/1.4752470
  7. Yao, C.-W., Alvarado, J. L., Marsh, C. P., Jones, B. G., Collins, M. K. (2014). Wetting behavior on hybrid surfaces with hydrophobic and hydrophilic properties. Applied Surface Science, 290, 59–65. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.10.188
  8. Heinen, S., Burke, D., O’Malley, M. (2016). Electricity, gas, heat integration via residential hybrid heating technologies – An investment model assessment. Energy, 109, 906–919. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.04.126
  9. Wahyudi, W., Subagyo, R., Gapsari, F. (2019). Physical and chemical mechanisms of hydrophobicity of nanoparticle membranes (Mg+Al2O3). Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 2 (96), 57–68. doi: https://doi.org/10.5604/01.3001.0013.7936
  10. Subagyo, R., Isworo, H. (2020). Membrane filtration simulation study with variation in the number of filters on peat water media. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (10 (107)), 43–50. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.210462
  11. Lv, Y., Yu, X., Tu, S.-T., Yan, J., Dahlquist, E. (2010). Wetting of polypropylene hollow fiber membrane contactors. Journal of Membrane Science, 362 (1-2), 444–452. doi: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2010.06.067
  12. Zhang, H.-Y., Wang, R., Liang, D. T., Tay, J. H. (2008). Theoretical and experimental studies of membrane wetting in the membrane gas–liquid contacting process for CO2 absorption. Journal of Membrane Science, 308 (1-2), 162–170. doi: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2007.09.050
  13. Lv, Y., Yu, X., Tu, S.-T., Yan, J., Dahlquist, E. (2012). Experimental studies on simultaneous removal of CO2 and SO2 in a polypropylene hollow fiber membrane contactor. Applied Energy, 97, 283–288. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.01.034
  14. Hamza, A., Pham, V. A., Matsuura, T., Santerre, J. P. (1997). Development of membranes with low surface energy to reduce the fouling in ultrafiltration applications. Journal of Membrane Science, 131 (1-2), 217–227. doi: https://doi.org/10.1016/s0376-7388(97)00050-1
  15. Essalhi, M., Khayet, M. (2012). Surface segregation of fluorinated modifying macromolecule for hydrophobic/hydrophilic membrane preparation and application in air gap and direct contact membrane distillation. Journal of Membrane Science, 417-418, 163–173. doi: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2012.06.028
  16. Suk, D. E., Matsuura, T., Park, H. B., Lee, Y. M. (2010). Development of novel surface modified phase inversion membranes having hydrophobic surface-modifying macromolecule (nSMM) for vacuum membrane distillation. Desalination, 261 (3), 300–312. doi: https://doi.org/10.1016/j.desal.2010.06.058
  17. Bakeri, Gh., Ismail, A. F., Rana, D., Matsuura, T. (2012). Development of high performance surface modified polyetherimide hollow fiber membrane for gas–liquid contacting processes. Chemical Engineering Journal, 198-199, 327–337. doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2012.05.105
  18. Bakeri, Gh., Matsuura, T., Ismail, A. F., Rana, D. (2012). A novel surface modified polyetherimide hollow fiber membrane for gas–liquid contacting processes. Separation and Purification Technology, 89, 160–170. doi: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2012.01.022
  19. Rahbari-Sisakht, M., Ismail, A. F., Rana, D., Matsuura, T. (2012). Effect of novel surface modifying macromolecules on morphology and performance of Polysulfone hollow fiber membrane contactor for CO2 absorption. Separation and Purification Technology, 99, 61–68. doi: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2012.08.021
  20. Rahbari-Sisakht, M., Ismail, A. F., Rana, D., Matsuura, T. (2012). A novel surface modified polyvinylidene fluoride hollow fiber membrane contactor for CO2 absorption. Journal of Membrane Science, 415-416, 221–228. doi: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2012.05.002
  21. Mansourizadeh, A., Aslmahdavi, Z., Ismail, A. F., Matsuura, T. (2014). Blend polyvinylidene fluoride/surface modifying macromolecule hollow fiber membrane contactors for CO2 absorption. International Journal of Greenhouse Gas Control, 26, 83–92. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2014.04.027
  22. Efome, J. E., Baghbanzadeh, M., Rana, D., Matsuura, T., Lan, C. Q. (2015). Effects of superhydrophobic SiO2 nanoparticles on the performance of PVDF flat sheet membranes for vacuum membrane distillation. Desalination, 373, 47–57. doi: https://doi.org/10.1016/j.desal.2015.07.002
  23. Ditscherlein, L., Fritzsche, J., Peuker, U. A. (2016). Study of nanobubbles on hydrophilic and hydrophobic alumina surfaces. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 497, 242–250. doi: https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2016.03.011
  24. Bhushan, B. (2009). Biomimetics: lessons from nature–an overview. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 367 (1893), 1445–1486. doi: https://doi.org/10.1098/rsta.2009.0011
  25. Subagyo, R., Wardana, I. N. G., Widodo, A., Siswanto, E. (2017). The Mechanism of Hydrogen Bubble Formation Caused by the Super Hydrophobic Characteristic of Taro Leaves. International Review of Mechanical Engineering (IREME), 11 (2), 95. doi: https://doi.org/10.15866/ireme.v11i2.10621
Ідентифікація особливостей шорсткості поверхні та утворення пухирів H2 на супергідрофобних властивостях мембран Al2O3 та Mg

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-10-31

Як цитувати

Subagyo, R., Wardana, I. N. G., Widodo, A. S., Siswanto, E., Nugraha, A., Fadilah, M. M., Agusnaedi, & Ramadhani, A. F. (2023). Ідентифікація особливостей шорсткості поверхні та утворення пухирів H2 на супергідрофобних властивостях мембран Al2O3 та Mg. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(6 (125), 36–48. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.286391

Номер

Том 5 № 6 (125) (2023): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Rachmat Subagyo, I. N. G. Wardana, Agung Sugeng Widodo, Eko Siswanto, Andy Nugraha, M. Munawar Fadilah, Agusnaedi, Ahmad Fadhila Ramadhani

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.