表面功能组影响铁 (水) 氧化物异质核化:对膜缩放的影响
Ping-I Chou1, Deoukchen Ghim1, Prashant Gupta2
1Department of Energy, Environmental and Chemical Engineering, Washington University in St. Louis, One Brookings Drive, Campus Box 1180, St. Louis, Missouri 63130, United States.
Environmental science & technology
|July 19, 2023
概括
疏水性 (F) 表面比疏水性 (OH) 或 (COOH) 表面更能降低膜上的铁 (水) 氧化物核化. 这项研究量化了核化速率和能量障碍,以改善膜缩放预测.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 表面化学 表面化学
- 膜技术 膜技术 膜技术
背景情况:
- 矿物质尺度的异质核化,如铁 (水) 氧化物,在膜上开始早期的缩放.
- 纳米铁 (水) 氧化物形成及其与膜表面功能组的相互作用很难实时观察.
研究的目的:
- 为了研究铁 (水) 氧化物在常见的膜表面功能组:基 (OH),基 (COOH) 和 (F) 上的异质核化.
- 了解表面疏水性和功能群密度对核化动力学和热力学的影响.
主要方法:
- 使用现场牧场发生率小角度X射线散射 (GISAXS) 进行实时分析.
- 使用 ex situ 原子力显微镜 (AFM) 进行表面表征.
- 在F,COOH和OH修饰的表面上检查核化.
主要成果:
- 与水友性OH和COOH表面相比,疏水性F表面显著减少了异质和均质的铁 (水) 氧化物核化.
- 在OH表面 (0.76nmol/cm2) 上,功能组密度较高,导致异质核形成的速度比COOH表面 (0.28±0.04nmol/cm2) 更快.
- F表面表现出最高的异质核化能障碍 (26 ± 0.6 kJ/mol),其次是COOH- (23 ± 0.8 kJ/mol) 和OH- (20 ± 0.9 kJ/mol) 表面.
结论:
- 表面的疏水性是控制膜上铁 (氧化水) 核化的关键因素.
- 功能组密度会影响核化速率,更高的密度会促进更快的核化.
- 动力和热力学数据为预测和减轻膜缩放提供了洞察力.
