Ambiental

Jul 13, 2023

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 5251 (2023) Citar este artículo

1042 Accesos

4 altmétrico

Detalles de métricas

La contaminación y la escasez de agua dulce se han convertido en un problema inminente. Por tanto, es necesario desarrollar una membrana multifuncional para la producción de agua dulce. En este trabajo, el tejido de algodón modificado con lignocelulosa regenerado se desarrolló como una membrana novedosa, multifuncional y degradable (LCPT@CF) para la separación eficiente de aceite y agua y la generación de vapor solar por primera vez. El método de fabricación tiene las ventajas de ser sencillo, respetuoso con el medio ambiente y rentable. La lignocelulosa regenerada se adhirió firmemente a la superficie de la tela de algodón mediante complejos de ácido tánico y alcohol polivinílico, y se pueden formar las estructuras multicapa de LCPT@CF, lo que dotó a las membranas de propiedades superoleófobas y durabilidad bajo el agua. La propiedad superoleófoba bajo el agua permitió a LCPT@CF purificar varios tipos de emulsiones de aceite en agua con una eficiencia de separación de más del 99,90%. Además, al beneficiarse de la excelente capacidad de conversión fototérmica de la lignocelulosa regenerada, el LCPT@CF logró una alta tasa de evaporación de 1,39 kg m-2 h-1 y una eficiencia de evaporación favorable del 84 % bajo iluminación de 1 sol, y el LCPT@CF también presentó una excelente capacidad de conversión fototérmica de la lignocelulosa regenerada. Resistencia a la sal para evaporar agua de mar durante 20 ciclos, sin acumulación de sal. Más importante aún, el LCPT@CF podría ser naturalmente degradable por microorganismos en condiciones naturales en 3 meses, lo que tenía un excelente respeto al medio ambiente. Estos resultados anteriores demostraron que el LCPT@CF, ecológico y eficiente, podría tener un gran potencial en la separación de agua y petróleo y la purificación de aguas residuales.

Con el aumento de la población, la escasez de agua se ha convertido en uno de los mayores desafíos del mundo. La purificación de aguas residuales y la desalinización del agua de mar se han convertido en medios importantes para aliviar la escasez de agua dulce1,2,3. Por lo tanto, es importante desarrollar tecnologías de purificación de agua multifuncionales y de bajo costo.

Para solucionar el problema de la escasez de agua, los investigadores se han dedicado a desarrollar diversas tecnologías para la obtención de agua dulce, como la purificación de mezclas/emulsiones petróleo-agua y la desalinización de agua de mar4. Actualmente, existen muchas tecnologías de separación de petróleo y agua, incluyendo el desnatado de petróleo, la centrifugación, la flotación por aire y la separación por membranas5. Entre ellas, la tecnología de separación por membranas poseía las ventajas de una alta selectividad, un bajo consumo de energía, un equipo sencillo, etc.6. Mientras tanto, la tecnología de separación por membranas podría usarse para la purificación de emulsiones de aceite y agua que contengan tensioactivos estables7,8. Sin embargo, las tecnologías tradicionales de síntesis de membranas todavía tenían las desventajas de una preparación complicada, contaminación secundaria y altos costos de materiales9. En consecuencia, es imperativo desarrollar materiales de membrana que sean económicos, de preparación sencilla y respetuosos con el medio ambiente para la separación de aceite y agua.

Como otra tecnología prometedora para la producción de agua dulce, la desalinización de agua de mar, especialmente la generación de vapor solar (SSG), había atraído la atención de muchos investigadores debido a sus características sostenibles y respetuosas con el medio ambiente10,11,12. La eficiencia de evaporación de los evaporadores solares estuvo determinada por muchos factores influyentes, incluida la absorción de luz, el transporte de agua y la gestión térmica13. Entre ellos, la absorción de luz como parte crucial de los evaporadores estuvo determinada por los materiales fototérmicos, que podrían dividirse en materiales metálicos y materiales carbonosos14,15,16. Sin embargo, los materiales metálicos eran difíciles de utilizar a gran escala debido a su elevado coste17,18. Por otro lado, algunos metales con mayor frecuencia de plasma presentaron resonancia de plasma solo en un espectro solar específico19.

La lignocelulósica era el recurso renovable más abundante en la Tierra20, pero su utilización no era amplia21,22. Recientemente, Xia et al. informaron un enfoque de regeneración de lignina in situ para preparar lignocelulósico regenerado directamente a partir de polvo de madera23. La lignocelulosa regenerada heredó las propiedades hidrófobas y oleófilas de la lignina original, que poseía propiedades superoleófobas e hidrófobas bajo el agua. Estas ventajas hacen posible utilizar lignocelulosa regenerada para la separación de aceite y agua. Además, Zhao et al. demostraron que las nanopartículas de lignina pueden llevar a cabo la conversión de energía solar a térmica24. Por lo tanto, la lignocelulosa regenerada tenía ventajas significativas tanto en la separación de petróleo y agua como en la desalinización de agua de mar. Como material naturalmente biodegradable, la lignocelulosa regenerada era un recurso renovable y rentable que puede reducir eficazmente los costos de preparación de membranas para la desalinización y la separación de petróleo y agua. Sin embargo, hasta donde sabemos, no se ha informado para el lignocelulósico regenerado aplicado en la separación de aceite/agua y la generación de vapor solar.

En este trabajo, filtrando lignocelulosa regenerada sobre tela de algodón, se preparó y utilizó la membrana de tela de algodón modificada con lignocelulosa (LC@CF) para la separación de aceite/agua y la generación de vapor solar. Sin embargo, la lignocelulosa regenerada en la superficie del tejido de algodón podría destruirse fácilmente, reduciendo así la eficiencia de la separación de petróleo y agua y la desalinización del agua de mar. Para solucionar este problema, se utilizó un adhesivo supramolecular (PT) para mejorar la unión entre la lignocelulosa regenerada y el tejido de algodón. La membrana de tejido de algodón lignocelulosa-PVA-TA@ (LCPT@CF) se preparó mediante adhesivo supramolecular (PT) para mejorar la unión entre la lignocelulosa regenerada y el tejido de algodón. Cuando se pusieron en contacto PVA y TA, se generaron complejos de PT con fuerte adhesividad debido a los fuertes enlaces de hidrógeno25, que podrían adherirse a la tela de algodón y unir firmemente la lignocelulosa regenerada, mejorando así en gran medida la durabilidad de la membrana.

En este documento, informamos una estrategia simple y eficiente para preparar un tejido de algodón modificado lignocelulósico regenerado por primera vez, y las membranas de tejido de lignocelulosa-PVA-TA@cotton (LCPT@CF) preparadas con éxito poseían superoleofobicidad bajo el agua e hidrofobicidad bajo el petróleo, lo que podría utilizarse para la separación de petróleo y agua y la desalinización de agua de mar. Beneficiándose de la humectabilidad de la superficie de la membrana, la LCPT@CF exhibió un rendimiento excelente para la separación de emulsiones de aceite en agua. Además, aprovechando la excelente capacidad de absorción de luz y la propiedad de hidrofobicidad de la lignocelulosa, el LCPT@CF poseía una propiedad de desalinización favorable. Además, es emocionante que el LCPT@CF pueda ser descompuesto por la naturaleza en tres meses. El estudio se centró en el mecanismo de regeneración de la lignocelulosa y su papel en la separación de petróleo y agua y la desalinización del agua de mar cuando se combina con complejos de PT. Mientras tanto, a través de la preparación de LCPT@CF, se realizó una comparación exhaustiva con los tejidos de algodón y LC@CF en términos de morfología de la superficie, composición química, humectabilidad de la superficie y rendimiento en la separación de agua y petróleo y la desalinización de agua de mar. Los resultados demostraron plenamente que la membrana multifuncional, ecológica y económica tiene grandes perspectivas de aplicación en los campos de la separación de agua y petróleo y la desalinización de agua de mar.

Como materia prima se selecciona polvo de madera de balsa tamizado por debajo de malla 100. Cloruro de colina (C5H14ClNO, >98%), ácido oxálico dihidrato (H2C2O4·2H2O, >99%), Poli(alcohol vinílico) (PVA, 99%), azul de metilo (MB, >96%), ácido tánico (TA, AR ) y Sudán III (BS) fueron proporcionados por Sigma – Aldrich Bio-Chem Technology Co., LTD. El etanol anhidro (AR) se adquirió de Sinopharm Chemical Reagent Co., LTD. Los materiales diarios como fibra de algodón (CF), aceite lubricante, gasóleo, aceite de soja y aceite de oliva se compraron en el mercado local.

En primer lugar, se calentaron cloruro de colina (ChCl) y ácido oxálico mezclados en una proporción molar de 1:1 a 80 °C para preparar un disolvente eutéctico profundo (DES). En segundo lugar, la solución de DES enfriada se mezcló con polvo de madera de balsa en una proporción de 12:1 en masa, que luego se calentó a 110 °C durante 8 h. Finalmente, se añadió agua destilada al líquido marrón resultante (50:1 ml/g) y se agitó durante 2 h para obtener una solución de lignocelulosa regenerada.

Para la preparación de la solución de TA, se agregaron 2 g de TA a 100 ml de agua destilada y se agitó durante 5 minutos a temperatura ambiente. En términos de solución de PVA, se agregaron 5 g de PVA a 100 ml de agua destilada, que luego se agitó durante 30 minutos a 95 °C.

En primer lugar, la tela de algodón se sumergió en etanol, que luego se limpió mediante ondas ultrasónicas durante 10 minutos. Después de enjuagar con agua destilada, el tejido de algodón tratado se secó a temperatura normal, que se representó como Pre-CF. Luego se filtraron 25 ml de solución de lignocelulosa regenerada sobre la superficie Pre-CF para obtener LC@CF.

Además, Pre-CF se sumergió en solución TA durante 30 minutos (marcado como TA@CF). Luego se mezclaron 25 ml de la solución de lignocelulosa regenerada y 5 ml de la solución de PVA y se agitaron durante 5 minutos. Finalmente, la mezcla se filtró sobre la superficie TA@CF para obtener LCPT@CF.

La emulsión de aceite en agua estabilizada con tensioactivos se puede obtener mezclando CTAB, agua y aceite con agitación. Se añadieron 0,6 g de aceite (como aceite de oliva, aceite diésel, aceite de soja, aceite lubricante) y 0,03 g de CTAB a 300 ml de agua destilada, que luego se agitó a 2000 rpm/min durante 2 h para preparar emulsiones de aceite en agua. . Las mezclas de aceite y agua se prepararon mezclando agua y aceite en una proporción de volumen de 1:1.

Para detectar la reutilización de la membrana, se llevaron a cabo múltiples experimentos de separación cíclica. En cada ciclo se utilizaron 25 ml de emulsiones de aceite en agua o 50 ml de mezclas de aceite y agua. La eficiencia de separación (R) y el flujo de membrana (J) se calcularon de la siguiente manera26:

donde \(C_{p}\) y \(C_{f}\) representan la concentración de aceite en las emulsiones y filtrados, respectivamente.

donde J (Lm−2 h−1 bar−1) es el flujo promedio de la membrana, Δt (h) representa el tiempo de separación, V (L) representa el volumen filtrado, A (m2) representa el área efectiva del material filtrante, que fue 12,56 × 10–4 m2 y P (bar) representa la presión de la bomba de vacío, que fue de 0,9 bar.

La tasa de recuperación de flujo (FRR), la relación de incrustación reversible (\(R_{r}\)) y la relación de incrustación irreversible (\(R_{ir}\)) se utilizaron para calcular el rendimiento anticontaminación por petróleo de las membranas LCPT@CF. . FRR, RR y RIR se obtuvieron mediante las siguientes ecuaciones. (3), (4) y (5), respectivamente.

donde \(J_{w,a}\) (Lm−2 h−1 bar−1) es el flujo inicial de agua pura de LCPT@CF, \(J_{w,b}\) (Lm−2 h−1 bar-1) es el flujo de agua pura de LCPT@CF limpiado después de la filtración de las emulsiones del ciclo, \(J_{p}\) (Lm-2 h-1 bar-1) es el flujo de membrana de la emulsión separada en el último ciclo de LCPT @CF.

Las muestras se colocaron sobre la esponja y se hicieron flotar en un vaso de precipitados que se llenó con 50 ml de agua destilada. Se utilizó una lámpara de xenón (PLS-SXE300, Beijing Perfectlight) con un filtro óptico AM1.5 para simular la luz solar. Se empleó un medidor de potencia óptica (PL-MW2000, Beijing Perfectlight) para ajustar la intensidad de la luz. Mientras tanto, los cambios de masa y las temperaturas de la superficie del sistema SSG se registraron en tiempo real mediante una microbalanza electrónica (0,001 g de precisión) y una cámara infrarroja (FLUKE TiS20+), respectivamente. La temperatura ambiente y la humedad relativa durante la prueba de evaporación se mantuvieron a 25 °C y 50 %, respectivamente.

La tasa de evaporación (\(v\)) se puede obtener con base en la ecuación:

donde \(v\) es la tasa de evaporación (kg m−2 h−1), \(m\) es el cambio de masa de agua causado por la evaporación (kg), \(A\) es el área de evaporación de la muestra (m2).

La eficiencia de evaporación (η) se calculó utilizando la siguiente fórmula27:

donde \(\Delta v\) es la tasa de evaporación neta (kg m−2 h−1), \(C\) es el volumen de calor específico del agua (4.2 J g−1 K−1), \(\Delta T\) es la temperatura elevada durante la evaporación (°C), \(H_{v}\) es el calor latente de la evaporación del agua (2256,0 kJ kg−1), \(I\) es la densidad de potencia de la iluminación solar ( 1kWm−2).

La morfología de las membranas CF, LC@CF y LCPT@CF se observó mediante microscopio electrónico de barrido (SEM, FEG250, Quanta, EE. UU.). Los espectros infrarrojos se registraron mediante espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier de reflectancia (ART-FTIR, VECTOR22, Bruker, Alemania). Los grupos funcionales de las membranas CF, LC@CF y LCPT@CF se midieron mediante un espectrómetro de espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS) (Thermo VG, ESCALAB250, EE. UU.). El ángulo de contacto con el agua (WCA) en el aire, el ángulo de contacto con el petróleo bajo el agua (UOCA) y el ángulo de contacto con el agua bajo el petróleo (UWCA) se obtuvieron con el medidor de ángulo de contacto JY-82. Se utilizó el analizador de contenido de aceite (JC-OIL-8, Qingdao Juchuang Instruments Co., Ltd.) para verificar la pureza del agua separada y el microscopio biológico (CX41-DP27, Shanghai Koumi Instruments Co., Ltd., China). ) se utilizó para observar las imágenes microscópicas de las emulsiones.

Los procedimientos de preparación del LCPT@CF se dividieron en dos pasos, que se muestran en la Fig. 1a. Paso 1, el polvo de madera de balsa se disolvió con una especie de disolvente eutéctico profundo (DES) verde y degradable. Luego, se vertió agua en la solución de DES mezclada y, debido a la hidrofobicidad de la lignina nativa, la lignina disuelta se regeneraría a partir de la solución de DES28. Finalmente, se mezclaron la solución de lignocelulosa regenerada y la solución de PVA. En el paso 2, la tela de algodón se sumergió en una solución de TA durante 30 minutos y luego la mezcla de lignocelulosa regenerada y PVA se filtró sobre la tela de algodón sumergida en TA para obtener LCPT@CF.

(a) Ruta de síntesis del LCPT@CF. ( b ) Diagrama esquemático de las aplicaciones duales de LCPT @ CF y las interacciones de complejos de lignina-celulosa regenerados y complejos de PT.

El DES estaba compuesto por cloruro de colina (ChCl) y ácido oxálico29,30,31. El fuerte enlace de hidrógeno (OH-Cl) formado por el ácido oxálico y ChCl no solo podría mantener al DES en un estado líquido estable (Fig. S1), sino que también podría romper los enlaces de hidrógeno entre las fibras de celulosa para descomponer las micro y nanofibras y disolver la lignina. Además, el enlace de hidrógeno formado por el ácido oxálico y el ChCl podría ayudar a que los protones se disocian en el ácido, lo que podría aumentar la acidez del DES30,32. Estos procesos podrían mejorar aún más la velocidad de disolución del polvo de madera.

En el Paso 1, la lignina regenerada se entrecruzó con micronanofibras de celulosa mediante enlaces de hidrógeno para formar lignocelulosa regenerada. La colaboración entre la celulosa y la lignina de la lignocelulosa regenerada fue fundamental para la realización de LCPT@CF33,34. La interacción entre la lignina regenerada y las micro/nanofibras de celulosa se ilustra en la Fig. 1b. Está claro que la lignina regenerada colaboró ​​estrechamente con las micro/nanofibras de celulosa que comprenden grupos carbonilo inducidos por hidroxilo y ácido oxálico mediante fuerzas de van der Waals (COO-HO) y enlaces de hidrógeno (OH-HO), que podrían formar lignina regenerada estable. -complejos supramoleculares de celulosa23. Como resultado, LCPT@CF tiene una alta estabilidad.

En el Paso 2, durante la filtración de la mezcla de lignocelulosa regenerada y PVA en un tejido de algodón sumergido en TA, el PVA puede entrecruzarse con el TA a través de enlaces de hidrógeno para formar complejos de PT con alta adhesión35,36. Como se muestra en la Fig. 1c, la capa de complejos de PT se puede formar entre la capa de lignocelulosa regenerada y el tejido de algodón. Mientras tanto, los grupos hidroxilo de las micro/nanofibras de celulosa y la lignina en la lignocelulosa regenerada también podrían conectarse con los complejos de PT mediante enlaces de hidrógeno, y las fórmulas moleculares químicas de los complejos de PT y lignocelulosa-PT se muestran en la Fig. 1c. Estos procesos no sólo podrían fortalecer aún más la unión entre la lignocelulosa regenerada y el tejido de algodón, sino también mejorar la durabilidad general y la resistencia mecánica del LCPT@CF.

Las morfologías de las membranas antes y después de la modificación se analizaron mediante SEM en la Fig. 2. El tipo de tejido de algodón tenía un EPI (extremos por pulgada) de 68/pulgada, un PPI (picos por pulgada) de 42/pulgada, un hilo cuenta de 40 s, y un GSM (Gramos por metro cuadrado) de 126 g/m2. Y la tela de algodón se cortó en cuadrados de 5 cm × 5 cm de ancho para realizar pruebas. Como se ilustra en las figuras 2a1-c1, la tela de algodón original era blanca y suave, y las morfologías de las fibras de algodón parecían suaves y flexibles. La tela de algodón se volvió amarillenta después de la modificación de PVA y TA, y las fibras de algodón adquirieron una textura rígida (Fig. 2a2-c2). Mientras tanto, como se muestra en las figuras 2b2 y c2, se puede observar obviamente el entrecruzamiento del PT entre las fibras de algodón, lo que no solo podría fortalecer la integridad de las fibras de algodón, sino también mejorar la durabilidad del tejido de algodón. Además, los agujeros de la tela de algodón se densificaron después de que la lignocelulosa regenerada se filtrara en su superficie (Fig. 2a3, a4). Por lo tanto, tanto la membrana LC@CF como la LCPT@CF mostraron una superficie uniforme y densa con alta rugosidad.

(a1–a4) Fotografía de las membranas CF, PT@CF, LC@CF y LCPT@CF originales. (b1–b4) Imágenes SEM de vista superior de las membranas CF, PT@CF, LC@CF y LCPT@CF originales. (c1 – c4) Imágenes SEM transversales de membranas CF, PT@CF, LC@CF y LCPT@CF originales.

Como se observa en la Fig. 2b4, la lignina regenerada, un aglutinante natural degradable, podría encapsular firmemente las micro/nanofibras de celulosa obtenidas de la desfibrilación de polvo de madera mediante DES, lo que podría mejorar la interacción con las micro/nanofibras de celulosa. Como se observa en las figuras 2c3 y c4, tanto las membranas LC@CF como LCPT@CF estaban formadas por estructuras en capas densas, que estaban compuestas de lignina regenerada y micro/nanofibras de celulosa. La diferencia entre las membranas LC@CF y LCPT@CF fue que el adhesivo supramolecular formado por complejos PT se presentó entre la capa de lignocelulosa regenerada y el tejido de algodón en la membrana LCPT@CF, lo que fortaleció aún más la unión entre la lignocelulosa regenerada y la membrana LCPT@CF. tela de algodón. Como resultado, el LCPT@CF exhibió excelentes propiedades mecánicas y durabilidad en el experimento de ciclos de separación para emulsiones y mezclas de aceite y agua.

Se realizaron espectros infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) para investigar la composición de las membranas CF, LC@CF y LCPT@CF originales para explorar más a fondo los grupos funcionales de los complejos de lignocelulosa y PT regenerados. Como se muestra en la Fig. 3a, las bandas de absorción de las membranas LC@CF y LCPT@CF se ubicaron en 1616 cm-1, 1512 cm-1 y 1452 cm-1, respectivamente, lo que se atribuyó al estiramiento del esqueleto aromático de la lignina 37. Los resultados pudieron comprobar la existencia de lignina en las membranas LC@CF y LCPT@CF. Además, las bandas de absorción a 2893 cm-1 y 1053 cm-1 representaron la vibración del estiramiento C-H en el grupo metileno (-CH2) y el estiramiento C-O-C en celulosa, respectivamente38,39, lo que indicó que había una gran cantidad de celulosa en las membranas LC@CF y LCPT@CF. Mientras tanto, en comparación con LC@CF, la banda de absorción correspondiente a la vibración de estiramiento del grupo carbonilo (C=O) a 1723 cm-1 se detectó en la membrana LCPT@CF, lo que se atribuye a que el TA depositado sobre la tela de algodón fue reticulado con PVA para formar complejos PT40,41.

( a ) El espectro FT-IR de las membranas. (b) El espectro XPS de las membranas. (c1 – c3) Los espectros XPS C1s de las membranas CF, LC@CF y LCPT@CF originales. (d1 – d3) Los espectros XPS O1s de las membranas CF, LC@CF y LCPT@CF originales.

XPS analizó los componentes químicos de las membranas CF, LC@CF y LCPT@CF originales. En la Fig. 3b, las membranas LC@CF y LCPT@CF modificadas exhibieron picos nítidos de C 1 y O 1 en comparación con el tejido de algodón original. El tejido de algodón original estaba compuesto por 74,57% de carbono, 25,06% de oxígeno y 0,37% de nitrógeno, y el contenido de oxígeno y carbono de las membranas LC@CF y LCPT@CF modificadas exhibió una clara tendencia ascendente (Tabla S1). Además, la relación O/C del LCPT@CF fue significativamente diferente de la del LC@CF, lo que indica que había PVA en la superficie del LCPT@CF.

Los resultados del estudio anterior indicaron que la lignina regenerada puede interactuar con la celulosa mediante enlaces de hidrógeno. Además, los grupos hidroxilo de las micro/nanofibras de celulosa y la lignina en la lignocelulosa regenerada también podían conectarse con complejos de PT mediante enlaces de hidrógeno y, por lo tanto, la lignocelulosa regenerada y los complejos de PT estaban estrechamente conectados, lo que mejoraba la durabilidad general y las propiedades mecánicas. de la LCPT@CF.

El rendimiento de humectación de la membrana fue muy significativo para su aplicación en la separación de agua y petróleo, por lo que se investigó la humectabilidad de las membranas LC@CF y LCPT@CF mediante el ángulo de contacto con el agua (WCA), el ángulo de contacto con el petróleo bajo el agua (UOCA) y bajo el petróleo. Experimentos de ángulo de contacto con el agua (UWCA). Como se muestra en la Fig. 4, se investigó la variación de los comportamientos de humectación de LC@CF y LCPT@CF en diferentes ambientes. En primer lugar, se estudiaron los comportamientos de humectación de LC@CF y LCPT@CF en condiciones de aire. La WCA de LC@CF y LCPT@CF fue de aproximadamente 125,82° y 111,37°, respectivamente (Fig. 4a,b), y las gotas de agua pudieron mantener el tamaño inicial después de 2 minutos (Fig. 4d,e), lo que sugiere la inherente hidrofobicidad de LC@CF y LCPT@CF, que se atribuyó a que había una masa de grupos alquilo y fenilpropano hidrofóbicos en las moléculas de la lignina regenerada23. Además, cabe destacar que la hidrofobicidad de LCPT@CF disminuyó después de que fue modificada por complejos de PT, y la WCA de LCPT@CF disminuyó a 111,37 ° (Fig. 4b), lo que podría atribuirse a esa pequeña cantidad de PVA hidrófilo. dejado en la membrana LCPT@CF42.

(a) Ángulo de contacto con el agua (WCA), ángulo de contacto con el petróleo bajo el agua (UOCA) y ángulo de contacto con el agua bajo el petróleo (UWCA) de LC@CF. (b) Ángulo de contacto con el agua (WCA), ángulo de contacto con el petróleo bajo el agua (UOCA) y ángulo de contacto con el agua bajo el petróleo (UWCA) de LCPT@CF. (c) Comparación del ángulo de contacto con el agua (WCA), el ángulo de contacto con el petróleo bajo el agua (UOCA) y el ángulo de contacto con el agua bajo el petróleo (UWCA) entre las membranas LC@CF y LCPT@CF. (d) Gota de agua en el LC@CF después de 1 min y 2 min. (e) Gota de agua en el LCPT@CF después de 1 min y 2 min.

Además, también se estudiaron los comportamientos de humectación de las membranas LC@CF y LCPT@CF en condiciones de agua, y se probó el ángulo de contacto de las membranas con el aceite bajo el agua utilizando el disolvente orgánico insoluble de tetracloroetileno con una densidad mayor que la del agua. Como se muestra en la Fig. 4, los ángulos de contacto del petróleo bajo el agua (UOCA) de las membranas LC@CF y LCPT@CF alcanzaron 143,61° (Fig. 4a) y 151,67° (Fig. 4b), respectivamente, lo que mostró la oleofobicidad submarina de LC. @CF y la actuación superoleófoba bajo el agua de LCPT@CF. Estos comportamientos de humectación se atribuyeron a que la capa de hidratación se formó por la fuerte capacidad hidrófila de la celulosa en la superficie de las membranas LC@CF y LCPT@CF y, además, la capa de hidratación podía evitar que las gotas de aceite pasaran a través de la superficie de las membranas43. ,44.

Finalmente, se estudiaron los comportamientos de humectación de las membranas LC@CF y LCPT@CF en condiciones de aceite (aceite de oliva). Como se muestra en la Fig. 4, los ángulos de contacto con el agua bajo el petróleo (UWCA) de las membranas LC@CF y LCPT@CF fueron 151,36° y 145,48°, respectivamente, lo que sugirió la superhidrofobicidad bajo el petróleo de la LC@CF y la hidrofobicidad bajo el petróleo de la LCPT. @CF. Los resultados mostraron que se formó la capa de aceite que repele el agua en la superficie de las membranas LC@CF y LCPT@CF, lo que se atribuyó a que la lignina regenerada en la lignocelulosa poseía una alta afinidad por el aceite45.

Además, basándose en la comparación de los ángulos de contacto de las membranas LC @ CF y LCPT @ CF en la Fig. 4c, se puede concluir que LCPT @ CF poseía superoleofobicidad bajo el agua e hidrofobicidad bajo el petróleo. Mientras el agua entra en contacto con el LCPT@CF, se puede formar la capa de hidratación del aceite repelente en la superficie del LCPT@CF, lo que permitió que el agua pasara a través de la membrana y evitó que el aceite pasara a través de ella, y así se logró el proceso de demulsificación. . Por lo tanto, el comportamiento de humectación del LCPT@CF puede promover la separación de aceite y agua.

El rendimiento antiincrustante de la membrana también es un indicador importante para caracterizar la propiedad de separación de aceite y agua. Para investigar el rendimiento antiincrustante de la membrana, se probó la adhesión del aceite para LCPT@CF bajo el agua y el proceso se muestra en (video S1). El rendimiento antiincrustante del LCPT@CF fue detectado por el disolvente orgánico insoluble (tetracloroetileno). Se pudo observar que las gotas de aceite (tetracloroetileno) se deslizaron rápidamente sin ninguna adhesión después de entrar en contacto con el LCPT@CF en agua, lo que demostró que el LCPT@CF poseía una alta resistencia al aceite en agua.

La propiedad de separación de la membrana se vio afectada por su rendimiento humectante. Dependiendo de la humectabilidad de las membranas modificadas, las membranas modificadas podrían separar diferentes tipos de emulsiones de aceite en agua. En primer lugar, preparamos las emulsiones con cinco tipos de aceites (aceite lubricante, gasóleo, aceite de oliva, ciclohexano y aceite de soja), y se comprobó mediante el biomicroscopio el tamaño de las partículas y la estabilidad de las gotas de aceite. Por ejemplo, la emulsión de aceite de oliva permaneció muy estable dentro de las 48 h (Fig. S2).

Se comparó la distribución de las gotas de aceite antes y después de la filtración en las emulsiones de aceite en agua estabilizadas con tensioactivos. Antes de la separación en la Fig. 5a, había una amplia distribución de gotas de aceite y la concentración de la emulsión de aceite de oliva en agua era de 2000 ± 200 mg/ml, según lo determinado por un analizador infrarrojo de contenido de aceite. Sin embargo, después de filtrar por LCPT @ CF en la Fig. 5b, los filtrados de la emulsión se transformaron en un líquido claro y transparente. Las excepcionales capacidades de separación de la membrana LCPT @ CF quedaron demostradas mediante el análisis de distribución del tamaño de partículas utilizando DLS en las figuras 5f1-f2. Antes de la separación, la emulsión mostraba una distribución de tamaño de partículas dentro del rango de 0,1 a 10 μm. Después de la separación LCPT@CF, no se detectó distribución del tamaño de partículas y las eficiencias de separación pudieron alcanzar el 99,99%. Estos resultados resaltaron la eficacia de la membrana LCPT@CF para separar la emulsión de aceite de oliva en agua y proporcionar un producto final purificado. Los procesos de separación para la emulsión de aceite en agua usando LCPT@CF se demostraron en (video S2), enfatizando aún más el potencial de esta membrana para aplicaciones industriales.

(a) Imagen de biomicroscopio de una emulsión de aceite de oliva en agua. (b) Imagen de biomicroscopio de emulsión de aceite de oliva en agua después de la filtración por LCPT@CF. (c) Eficiencia de separación y fotografías de varias membranas ((1) original-CF, (2) TA@CF, (3) PVA@CF, (4) PT@CF, (5) LC@CF, (6) LCPT @CF). (d) Eficiencia de separación y flujo de varias emulsiones de aceite en agua mediante LCPT@CF. (e1 – e3) Fotografías de la separación de mezclas de petróleo y agua mediante LCPT@CF. (f1 – f2) Distribución del tamaño de partícula de la emulsión de aceite de oliva en agua de alimento y filtrado.

Además, en las figuras 5e1-e3 se demostró el excelente rendimiento de LCPT@CF en la separación de mezclas de petróleo y agua. Para evaluar la eficacia de separación de la membrana, se preparó una mezcla de 100 g de aceite de oliva teñido con Rojo Sudán III y 100 g de agua teñida con azul de metilo. Luego se inició la bomba de vacío, lo que provocó que la fase de agua penetrara rápidamente la membrana bajo una presión de 0,09 MPa, mientras que la fase de aceite permaneció en la superficie superior de la membrana LCPT@CF, como se muestra en las figuras 5e1-e3. Las eficiencias de separación de LCPT@CF podrían alcanzar el 99,99 %, lo que indica su alta capacidad para separar eficazmente mezclas de petróleo y agua.

Para caracterizar mejor la eficiencia de separación de varias membranas para emulsiones, también se probó el rendimiento de separación de las membranas CF, TA@CF, PVA@CF, PT@CF y LC@CF originales, y se determinó el contenido de aceite en los filtrados. Medido. Las eficiencias de separación de las membranas CF, TA@CF, PVA@CF, PT@CF y LC@CF originales fueron 8,23 %, 13,57 %, 11,24 %, 26,73 % y 99,92 %, respectivamente. De acuerdo con los resultados anteriores, se pudo demostrar que las membranas que contenían la lignocelulosa regenerada pudieron separar la emulsión de aceite en agua de manera efectiva (Fig. 5c). Los resultados mostraron que la capa hidratada en la superficie de la membrana LC@CF podría estar formada por las micro/nanofibras de celulosa de hidrofilicidad en la lignocelulosa regenerada, que solo podían pasar agua pero no aceite, y así se logró el proceso de demulsificación.

Además, las estructuras en capas compuestas de lignina y celulosa en la lignocelulosa regenerada también promovieron la separación de aceite y agua de la membrana. Como se ilustra en la Fig. 5d, también se midieron las eficiencias de separación y los flujos de los cinco tipos de emulsiones (aceite lubricante, aceite diesel, aceite de oliva, ciclohexano y aceite de soja) mediante LCPT @ CF. Para los cinco tipos de emulsiones, los flujos de membrana de LCPT@CF estuvieron en el rango de 292–326 L/m2 h·bar, y las eficiencias de separación se superaron en 99,90% para aceite lubricante en agua, aceite diesel en -Emulsión de agua, aceite de oliva en agua, ciclohexano en agua y aceite de soja en agua (99,94%, 99,96%, 99,99%, 99,94%, 99,95% respectivamente), lo que sugiere una excelente capacidad de separación y una amplia aplicación. rendimiento de LCPT@CF. Las eficiencias de separación y los flujos fueron ligeramente diferentes debido a las diferentes viscosidades y densidades de los diferentes tipos de aceites. Para el aceite de oliva en agua, como se puede observar que el flujo (328,92 L/m2 h·bar) del LC@CF fue superior al (313,03 L/m2 h·bar) del LCPT@CF, y este resultado podría deberse a la reducción del tamaño de los poros del LCPT@CF, que indujo aún más un flujo más bajo pero una mayor eficiencia de separación.

La excelente capacidad de separación de aceite y agua de LCPT@CF se atribuyó a la cooperación de la lignina y la celulosa en la lignocelulosa regenerada. Debido a la hidrofilicidad de la celulosa, se pudo formar una capa hidratada en la LCPT@CF, lo que permitió que el agua pasara a través de la membrana y evitó que el aceite la atravesara, logrando así el propósito de la demulsificación. Mientras tanto, la lignina regenerada puede envolver micro/nanofibras de celulosa e inhibir la propiedad de hinchamiento de agua de la celulosa para evitar su ruptura. La lignina y las micro/nanofibras regeneradas interactuaron entre sí a través de enlaces de hidrógeno, mientras colaboraban entre sí utilizando sus propias características, logrando así una separación eficiente del aceite y el agua.

La reutilización de las membranas también merece atención con respecto a las aplicaciones y, por lo tanto, se llevaron a cabo múltiples experimentos de reciclaje de membranas LC@CF y LCPT@CF. Para los experimentos de reciclaje, se seleccionó como ejemplo una emulsión de aceite de oliva en agua, las membranas LC @ CF y LCPT @ CF se lavaron con agua destilada después de cada filtración y los resultados se exhibieron en las figuras 6a, b. La eficiencia de separación y el flujo de LC@CF se redujeron gradualmente a medida que aumentaba el ciclo de separación. Después de 5 ciclos, la eficiencia de separación de LC@CF se redujo de 99,92 a 87,41% y el flujo de membrana de LC@CF se redujo de 328,92 a 127,32 L/m2 h·bar, lo que implica que la capa de lignocelulosa regenerada en LC@CF La superficie de la membrana se destruyó fácilmente y se cayó durante la filtración. Por el contrario, la eficiencia de separación de LCPT@CF se mantuvo en 99,90% después de cinco ciclos. Se podría concluir que el LCPT@CF poseía un excelente rendimiento de separación de emulsiones debido a las interacciones de los complejos de PT y la lignocelulosa regenerada. Estas interacciones fortalecieron aún más la unión entre la lignocelulosa regenerada y el tejido de algodón y mejoraron la durabilidad y las propiedades mecánicas generales del LCPT@CF.

Flujo de emulsión y eficiencia de separación de (a) LC@CF y (b) LCPT@CF para separaciones múltiples de las emulsiones. Flujo de emulsión y eficiencia de separación de (c) LC@CF y (d) LCPT@CF después del tratamiento ultrasónico durante diferentes tiempos. (e) FRR, \(R_{r}\) y \(R_{ir}\) de LCPT@CF para separar diferentes emulsiones de aceite en agua. (f) Fotos de las membranas LCPT@CF y LC@CF después de 10 min de ultrasonido.

También se investigó el rendimiento antiaceite de LCPT@CF para diferentes tipos de emulsiones de aceite en agua. Como se muestra en la Fig. 6e, LCPT@CF tenía una FRR alta (> 85%), \(R_{r}\) baja (< 30%) y \(R_{ir}\) baja (< 15%) para diferentes emulsiones de aceite en agua después de cinco ciclos. Los resultados demostraron que LCPT@CF exhibió buena resistencia a la contaminación por petróleo debido a la presencia de una gran cantidad de grupos hidroxilo en la superficie de la lignocelulosa regenerada, que pueden formar una capa de hidratación sólida en la superficie de la membrana LCPT@CF.

Para detectar el rendimiento mecánico de las membranas LC@CF y LCPT@CF durante la separación de aceite y agua, las membranas se colocaron en un baño de agua ultrasónico durante 10 minutos a temperatura ambiente (Fig. 6f), y luego las membranas LC@CF y LCPT@CF Se utilizaron para separar la emulsión. Como se ilustra en la Fig. 6c, d, la eficiencia de separación de LC@CF disminuyó con el aumento del tiempo ultrasónico y el flujo de la membrana fue opuesto, lo que se atribuyó al desprendimiento de lignocelulosa regenerada en la superficie de la membrana LC@CF después del tratamiento ultrasónico. . Por el contrario, tanto la eficiencia de separación como el flujo de LCPT@CF no cambiaron obviamente, y toda la eficiencia de separación fue superior al 99,90%.

Además, se realizó la comparación de las propiedades mecánicas entre LCPT@CF y el tejido de algodón original (Fig. S3). Las propiedades mecánicas mejoradas de LCPT@CF se debieron principalmente a la unión interfacial entre la lignocelulosa regenerada y los complejos de PT con tejido de algodón. La lignina, como adhesivo natural, mejoró la estrecha conexión entre las fibras de algodón, lo que mejoró la resistencia a la tracción de la membrana LCPT@CF. Además, los complejos de PT altamente viscosos mejoraron la integridad general de la membrana, lo que llevó a un aumento significativo en el alargamiento de la fractura. La pequeña cantidad de PVA en la superficie de la membrana LCPT@CF también contribuyó a su resistencia mecánica. Además, la combinación de lignocelulosa y complejos de PT mediante enlaces de hidrógeno fortaleció aún más la integridad general de la membrana. Por lo tanto, las propiedades mecánicas de LCPT@CF mejoraron significativamente.

Durante la fabricación de LCPT@CF, el contenido de la solución de lignocelulosa regenerada osciló entre 15 y 40 ml, y se investigaron los rendimientos del LCPT@CF con diferentes contenidos de lignocelulosa regenerada. Como se muestra en la Fig. 7, la eficiencia de separación de LCPT@CF podría mejorarse con el aumento del contenido de lignocelulosa regenerada, pero su flujo de membrana disminuyó. Con el aumento del contenido de lignocelulosa regenerada, aumentó el espesor de la LCPT@CF, lo que podría aumentar el número de capas en la estructura multicapa de la lignocelulosa regenerada, mejorando así la eficiencia de separación de la membrana. Y lo más notable es que la eficiencia de separación del LCPT@CF preparado con 15 a 20 ml de la solución de lignocelulosa regenerada disminuyó gradualmente con el aumento del número de ciclos de separación, y su flujo de membrana aumentó gradualmente, lo que se atribuyó a que la lignocelulosa delgada La capa podría destruirse fácilmente. Cuando el contenido de la solución de lignocelulosa estaba en el rango de 35 a 40 ml, las eficiencias de separación del LCPT@CF excedieron el 99,95% después de cada ciclo de separación.

Flujo de emulsión y eficiencia de separación de membranas LCPT@CF con diferentes contenidos de lignocelulosa regenerada.

La capacidad de absorción de luz es un factor clave en el proceso de conversión fototérmica. La Figura 8a mostró que la absorbancia de LCPT@CF estaba entre 200 y 2500 nm. Obviamente, la absorbancia de LCPT@CF se superpuso casi por completo con el espectro solar, lo que demostró que la lignina era un material de conversión fototérmica ideal. La capacidad de absorción de luz de la muestra también podría reflejarse en los cambios de las temperaturas de la superficie y las distribuciones de temperatura, que se muestran en las figuras 8b y c. Las temperaturas de la superficie del agua pura y del CF solo aumentaron 2,9 °C y 6,5 °C en 5 minutos, respectivamente. Mientras que las temperaturas de la superficie de LCPT@CF aumentaron rápidamente en 12,1 °C, lo que indica la excelente respuesta térmica de la lignina. LCPT@CF demostró una temperatura superficial final significativamente más alta (41,3 °C) después de una hora en comparación con el agua pura (27,9 °C) y CF (36,1 °C), respectivamente, lo que indica su eficiente capacidad de conversión fototérmica. Esto se atribuye al apilamiento inherente π-π de las moléculas de lignina, que facilita la transferencia no radiativa y desencadena la conversión fototérmica23,24. Específicamente, el apilamiento único π – π de lignina explica la diferencia significativa de temperatura, lo que confirma aún más la notable eficiencia de conversión solar a térmica de LCPT@CF.

( a ) Espectro de absorción de luz de LCPT @ CF. (b) Temperaturas superficiales del agua pura, CF y LCPT@CF. (c) Fotografías IR de LCPT@CF. (d) Mecanismo de trabajo del sistema SSG. (e) Cambios masivos de agua a lo largo del tiempo en un ambiente oscuro y bajo iluminación solar. (f) Tasas de evaporación y eficiencias de agua pura, CF y LCPT@CF, respectivamente.

Para evaluar exhaustivamente el rendimiento de la evaporación del evaporador, se monitorizó el cambio de masa del agua mediante una balanza electrónica a lo largo del tiempo. El mecanismo de funcionamiento del sistema SSG se muestra en la Fig. 8d. Bajo 1 sol, las tasas de evaporación de agua pura y CF fueron 0,42 kg m-2 h-1 y 0,79 kg m-2 h-1, respectivamente (Fig. 8e). Por el contrario, la tasa de evaporación de LCPT@CF fue de 1,39 kg m-2 h-1, que fue 3,3 veces más rápida que la del agua pura sola. En particular, las tasas de evaporación de las muestras contenían las tasas de evaporación intrínsecas en ausencia de luz, que se midieron en condiciones de oscuridad. Las tasas de evaporación intrínseca de agua, CF y LCPT@CF fueron 0,051, 0,069 y 0,091 kg m-2 h-1, respectivamente. La eficiencia de evaporación se calculó utilizando la ecuación. (7). Como se ilustra en la Fig. 8f, la eficiencia de evaporación de LCPT@CF podría alcanzar hasta el 84%, lo que era obviamente superior a la del agua pura (23,6%) y CF (41,6%).

El rendimiento eficaz de la evaporación de los evaporadores alimentados por energía solar es un factor crítico en la producción de agua dulce, pero la tolerancia a la sal también es una consideración clave. La acumulación de sal en la superficie del evaporador puede afectar negativamente la tasa de escape de vapor y la capacidad de absorción de luz solar, lo que lleva a una reducción de la conversión fototérmica y el rendimiento de la evaporación. Por lo tanto, la tolerancia a la sal es un factor crucial que puede afectar significativamente la eficiencia de los evaporadores solares.

El rendimiento de resistencia a la sal del LCPT@CF se investigó evaporando diferentes concentraciones de agua salina. Cuando la concentración de salmuera se aumentó aún más al 20% en peso, la eficiencia correspondiente todavía estaba por encima del 80% (Fig. 9a). Además, para evaluar la estabilidad de LCPT@CF en una aplicación práctica, se utilizó agua de mar obtenida del Mar de China Oriental cerca de la ciudad de Zhoushan para medir su rendimiento práctico de evaporación. La Figura 9b mostró que el LCPT@CF podía mantener tasas de evaporación estables durante 20 ciclos de trabajo. La hidrofobicidad de la lignina evita la deposición de sal en la superficie de la membrana, como se muestra en el recuadro de la Fig. 9b. Debido a la lignina depositada, el agua salina concentrada no puede llegar a la superficie del tejido de algodón y la evaporación sólo se produce en las interfaces hidrófobas e hidrófilas. Los cristales de sal se disuelven en la capa hidrófila y en el agua a granel, en lugar de agregarse en la superficie hidrófoba (Fig. 9c). El rápido intercambio de agua en la capa hidrófila evita la deposición de sal, lo que se confirmó en el recuadro de la Fig. 9b. Por lo tanto, estos hallazgos demuestran que la hidrofobicidad de la lignina juega un papel crucial en la prevención de la acumulación de sal en la superficie de la membrana y en el mantenimiento de su eficacia en la evaporación46. Curiosamente, se reveló que las concentraciones de cuatro iones metálicos principales, incluidos Na+, Mg2+, K+, Ca2+, disminuyeron a 1,72, 1,34, 0,47 y 0,96 mg L-1, respectivamente (Fig. 9d), que cumplían plenamente con los requisitos. estándares de agua potable por la Organización Mundial de la Salud (OMS)47. Estos resultados demostraron que LCPT@CF tenía una capacidad práctica y eficiente para la desalinización.

(a) Tasas de evaporación y eficiencias de LCPT@CF en agua salina con diferentes concentraciones de sal bajo una iluminación solar. (b) Rendimiento ciclista de LCPT@CF en agua de mar bajo una iluminación solar (el recuadro es la fotografía de LCPT@CF antes y después de 20 ciclos). (c) Esquema de la ruta de transporte de iones de sal (d) Concentraciones de Na+, K+, Mg2+, Ca2+ en agua de mar y agua evaporada.

Las propiedades biodegradables de LCPT@CF se estudiaron en condiciones de entierro natural en el suelo. A modo de comparación, LCPT @ CF y la membrana de fluoruro de polivinilideno (PVDF) se enterraron en el suelo a una profundidad de 10 cm y se monitoreó su morfología en cuanto a su degradabilidad a lo largo del tiempo (Fig. 10a-d). Los microorganismos pueden digerir directamente macromoléculas de celulosa y lignina en la membrana LCPT@CF. Así, la lignocelulosa regenerada fue degradada gradualmente por microorganismos después de 3 meses. Además, los microorganismos pueden utilizar PVA y TA como fuente de carbono y energía48. Por lo tanto, LCPT@CF no contamina el medio ambiente durante el proceso de degradación. Satisfactoriamente, el LCPT@CF fue completamente degradado por los microorganismos después de 3 meses en el suelo. Los productos de degradación de LCPT@CF pueden ser absorbidos por los árboles, formando así un circuito cerrado (Fig. 10e). Sin embargo, la membrana de PVDF mantuvo la forma original sin ningún cambio en el mismo estado. En consecuencia, pudimos inferir la degradabilidad y el respeto al medio ambiente del LCPT@CF.

( a – d ) Experimentos de degradación de membranas de PVDF y LCPT @ CF en condiciones naturales de entierro en el suelo. (e) Diagrama esquemático del ciclo de circuito cerrado de LCPT@CF.

En resumen, demostramos un método simple y económico para preparar una membrana multifuncional verde para la separación de agua y petróleo y la desalinización de agua de mar mediante la regeneración in situ de lignocelulosa. La lignocelulosa regenerada se unió al algodón mediante complejos PT, que pudieron utilizarse plenamente para purificar el agua. Los resultados confirmaron que LCPT@CF poseía una excelente eficiencia de separación (99,90%) y un flujo de membrana razonable (313 L/m2 h·bar) para emulsiones de aceite en agua, así como excelentes propiedades antiincrustantes y respeto al medio ambiente. Mientras tanto, el LCPT@CF podría separar una variedad de emulsiones de aceite en agua. Además, la eficiencia de generación de vapor solar de LCPT@CF es del 84% y la tasa de evaporación es de 1,39 kg m-2 h-1 bajo una irradiación solar. Por lo tanto, la preparación de la membrana multifuncional de LCPT@CF mediante lignocelulosa regenerada no solo amplió la utilización de la lignina, sino que también proporcionó una nueva solución para la separación de petróleo y agua y la desalinización de agua de mar. Además, los materiales originales para la preparación de LCPT@CF tenían un excelente respeto al medio ambiente y podían ser degradados por microorganismos naturales en condiciones naturales en 3 meses. Por lo tanto, el LCPT@CF, ecológico y libre de contaminación, mostró una aplicación potencial en el tratamiento de la separación de petróleo y agua y la desalinización de agua de mar, y este estudio proporcionó una nueva ruta para preparar una membrana multifuncional verde, estable y biodegradable para la separación de petróleo y agua y la desalinización de agua de mar. .

Los datos están disponibles del autor correspondiente a petición razonable.

Ebenstein, A. Las consecuencias de la industrialización: evidencia de la contaminación del agua y los cánceres digestivos en China. Rev. Economía. Estadística. 94, 186-201 (2012).

Artículo de Google Scholar

Postel, SL, Daily, GC & Ehrlich, PR Apropiación humana del agua dulce renovable. Ciencia 271, 785–788 (1996).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Zhang, Y.-R., Chen, J.-T., Hao, B., Wang, R. y Ma, P.-C. Preparación de tejido de algodón recubierto de celulosa y su aplicación para la separación de aceite emulsionado en agua. Carbohidrato. Polimero. 240, 116318 (2020).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Mercelat, AY, Cooper, CM, Kinney, KA, Seibert, F. & Katz, LE Mecanismos para la separación directa de aceite del agua con contactores de membrana de fibra hueca hidrofóbica. Ing. ACS EST. 1, 1074–1083 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Huang, A. et al. Diseño de nanoarquitectura de membranas porosas de ZnO@cobre habilitadas mediante deposición de capas atómicas para la separación de aceite y agua. J. Miembro. Ciencia. 582, 120-131 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Canción, J. et al. Eliminación automática de petróleo en un solo paso procedente de derrames de petróleo en el agua mediante una malla de acero de humectabilidad selectiva. Aplicación ACS. Madre. Interfaces 6, 19858–19865 (2014).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Yang, X., Yan, L., Wu, Y., Liu, Y. & Shao, L. Ingeniería de hidrofilización biomimética en la superficie de la membrana para una purificación de agua altamente eficiente. J. Miembro. Ciencia. 589, 117223 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Sol, F. et al. Membrana fundida de polipropileno decorada con polidopamina de crecimiento in situ para una separación altamente eficiente de aceite y agua. Quimiosfera 254, 126873 (2020).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Stamkulov, NS, Mussabekov, KB, Aidarova, SB & Luckham, PF Estabilización de emulsiones mediante el uso de una combinación de un tensioactivo iónico soluble en aceite y polielectrolitos solubles en agua. I: Estabilización de emulsiones y medidas de tensión interfacial. Surf de coloides. Una fisicoquímica. Ing. Áspid. 335, 103-106 (2009).

Artículo CAS Google Scholar

Ma, Q. y col. Estructuras jerárquicas basadas en MOF para la producción de agua limpia mediante energía solar térmica. Adv. Madre. 31, 1808249 (2019).

Artículo de Google Scholar

Xu, N. y col. Los hongos como dispositivos eficientes de generación de vapor solar. Adv. Madre. 29, 1606762 (2017).

Artículo de Google Scholar

Chen, T. y col. Madera tratada con aluminofosfato poroso jerárquico para generación de vapor solar de alta eficiencia. Aplicación ACS. Madre. Interfaces 12, 19511–19518 (2020).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Li, Y., Chen, J., Cai, P. y Wen, Z. Un electrolizador ácido-alcalino de bajo costo, asistido por energía y neutralizado electroquímicamente para la generación de hidrógeno por electrólisis que ahorra energía. J. Mater. Química. A 6, 4948–4954 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Zhang, P., Xie, M., Jin, Y., Jin, C. y Wang, Z. Un dispositivo de conversión fototérmica a base de bambú para la generación eficiente de vapor solar. Aplicación ACS. Polimero. Madre. 4, 2393–2400 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Huang, J., He, Y., Wang, L., Huang, Y. & Jiang, B. Películas bifuncionales de nanopartículas núcleo-cubierta de Au@TiO2 para la generación de agua limpia mediante fotocatálisis y evaporación solar. Conversaciones de energía. Gestionar. 132, 452–459 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Zhu, M. y col. Daikon carbonizado para generación de vapor solar de alta eficiencia. Sol. Materia energética. Sol. Celdas 191, 83–90 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Sheng, C. y col. Bambú decorado con nanopartículas plasmónicas para una generación eficiente de vapor solar. Aplica. Termia. Ing. 167, 114712 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Ren, H. y col. Espuma de grafeno jerárquico para una conversión eficiente de energía solar-térmica omnidireccional. Adv. Madre. 29, 1702590 (2017).

ADS del artículo Google Scholar

Morciano, M. et al. Generación eficiente de vapor mediante un dispositivo económico de evaporación de espacio estrecho para aplicaciones solares. Representante científico 7, 11970 (2017).

Artículo ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kang, L. y col. Fibras lignocelulósicas superliofóbicas duales degradables para una separación de aceite/agua de alta eficiencia. Química verde. 22, 504–512 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Bi, H. y col. Aerogel de microcinta de carbono preparado con papel usado: un sorbente eficiente y reciclable para aceites y disolventes orgánicos. Pequeño 10, 3544–3550 (2014).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Li, D., Zhu, FZ, Li, JY, Na, P. & Wang, N. Preparación y caracterización de fibras de celulosa de paja de maíz como sorbentes de aceite natural. Ing. de Indiana. Química. Res. 52, 516–524 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Xia, Q. y col. Un bioplástico lignocelulósico resistente, biodegradable y reciclable. Nat. Sostener. 4, 627–635 (2021).

Artículo de Google Scholar

Zhao, X. et al. Diseño inspirado en la melanina: preparación de materiales fototérmicos sostenibles a partir de lignina para la generación de energía. Aplicación ACS. Madre. Interfaces 13, 7600–7607 (2021).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Gao, J., Wang, J., Xu, Q., Wu, S. y Chen, Y. Celulosa regenerada fuertemente adherida mediante un adhesivo supramolecular a la membrana de PVDF para una separación de aceite y agua altamente eficiente. Química verde. 23, 5633–5646 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Gao, J., Cai, M., Nie, Z., Zhang, J. y Chen, Y. Membrana de PVDF superhumectante preparada mediante extracción in situ de iones metálicos para una separación de emulsión y mezcla de aceite y agua altamente eficiente. Sep. Purif. Tecnología. 275, 119174 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Chen, Y. et al. Evaporador a base de brotes de bambú con autolimpieza y resistente al moho para una eficiente generación de vapor solar. Desalación 541, 116003 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Zhao, D. y col. Un gel dinámico con redes y actuaciones topológicas reversibles y sintonizables. Asunto 2, 390–403 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Behling, R., Valange, S. & Chatel, G. Oxidación catalítica heterogénea para la valorización de la lignina en sustancias químicas valiosas: ¿qué resultados? ¿Qué limitaciones? ¿Qué tendencias?. Química verde. 18, 1839–1854 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Erythropel, HC y col. The Green ChemisTREE: 20 años después de echar raíces con los 12 principios. Química verde. 20, 1929-1961 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Hammond, OS, Edler, KJ, Bowron, DT y Torrente-Murciano, L. Síntesis eutéctica-solvotérmica profunda de ceria nanoestructurada. Nat. Comunitario. 8, 14150 (2017).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Xia, Q. y col. La coordinación de múltiples enlaces de hidrógeno en un disolvente eutéctico profundo de tres constituyentes mejora el fraccionamiento de la lignina a partir de la biomasa. Química verde. 20, 2711–2721 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Balaguer, MP, Gómez-Estaca, J., Gavara, R. & Hernandez-Munoz, P. Propiedades bioquímicas de bioplásticos elaborados a partir de gliadinas de trigo entrecruzadas con cinamaldehído. J. Agrícola. Química de los alimentos. 59, 13212-13220 (2011).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Wang, Q. y col. Un bioplástico de alta resistencia construido a partir de un hidrogel de celulosa cambiando la estructura agregada. J. Mater. Química. A 1, 6678 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Chen, Y.-N. et al. Hidrogeles de poli(alcohol vinílico): ácido tánico con excelentes propiedades mecánicas y comportamientos con memoria de forma. Aplicación ACS. Madre. Interfaces 8, 27199–27206 (2016).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Cheng, Z., DeGracia, K. & Schiraldi, D. Aerogeles de poli(alcohol vinílico) sostenibles, de baja inflamabilidad y mecánicamente resistentes. Polímeros 10, 1102 (2018).

Artículo PubMed PubMed Central Google Scholar

Li, Y. et al. Extracción fácil de nanocristales de celulosa de la madera mediante pretratamiento solvotérmico con etanol y peróxido seguido de nanofibrilación ultrasónica. Química verde. 18, 1010–1018 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Liu, Z. y col. Preparación y caracterización de celulosa regenerada a partir de líquido iónico mediante diferentes métodos. Carbohidrato. Polimero. 117, 99-105 (2015).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Huang, Z. y col. Efecto del disolvente de regeneración sobre las características de la celulosa regenerada a partir de sal fundida de trihidrato de bromuro de litio. Celulosa 27, 9243–9256 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Jiang, B. y col. Modificación en un solo paso de la membrana de PVDF con un revestimiento superoleófobo submarino y altamente hidrófilo inspirado en taninos para una separación eficaz de la emulsión de aceite en agua. Sep. Purif. Tecnología. 255, 117724 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Yang, J. y col. Recubrimiento superficial fácil de un complejo de metal-tanino sobre una membrana de PVDF con superoleofobicidad bajo el agua para la separación de emulsiones de aceite y agua. Navegar. Abrigo. Tecnología. 389, 125630 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Shahzadi, I., Bashir, M., Bashir, S. e Inayat, MH Recubrimiento asistido térmicamente de PVA para la modificación de la superficie hidrofílica del microcanal de PMMA para emulsión de aceite en agua. En 2018, 15.ª Conferencia Internacional de Bhurban sobre Ciencias Aplicadas y Tecnología (IBCAST) 51–54 (IEEE, 2018).

Zhu, R., Wang, D., Liu, Y., Liu, M. & Fu, S. Membrana compuesta de celulosa/nanotubos de carbono superhumectantes bifuncionales para desalinización solar y purificación de agua de mar aceitosa. Química. Ing. J. 433, 133510 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Bai, Z. y col. Una estrategia de reticulación de enlaces de hidrógeno regulada por solvente para preparar pintura de hidrogel robusta para la separación de aceite y agua. Adv. Función. Madre. 31, 2104701 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Wu, M. y col. Una estrategia universal para la preparación de superficies superliofóbicas duales en sistemas petróleo-agua. Aplicación ACS. Madre. Interfaces 13, 14759–14767 (2021).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Song, L., Mu, P., Geng, L., Wang, Q. & Li, J. Un novedoso evaporador solar a base de tela de lino que rechaza la sal para una desalinización estable y eficiente del agua en aguas altamente salinas. Sostenimiento ACS. Química. Ing. 8, 11845–11852 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Organización Mundial de la Salud. Agua potable procedente de la desalinización. Reinar. Ciencia. Tecnología 27, 2295–2297 (2011).

Google Académico

Ye, B. et al. Degradación del alcohol polivinílico (PVA) por oxidación UV/cloro: funciones radicales, factores que influyen y vía de degradación. Agua Res. 124, 381–387 (2017).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Descargar referencias

Este trabajo fue apoyado por la Fundación Provincial de Ciencias Naturales de Zhejiang de China (No. LY23D060004), la Fundación de la Universidad de Jiangsu (No. 21JDG048), el Programa del Comité Administrativo Nacional sobre la Enseñanza, la Investigación y la Práctica de las Especialidades en Ingeniería Eléctrica y Energética en la Educación Superior ( No. NDJZW2021Z-45), el Proyecto de Investigación de la Universidad de Jiangsu sobre la Reforma Docente de la Educación Superior (No. 2021JGZZ011).

Zhihan

Dirección actual: Escuela de Energía e Ingeniería Energética, Universidad de Jiangsu, Zhenjiang, 212013, China

Escuela de Arquitectura Naval y Marítima, Zhejiang Ocean University, Zhoushan, 316022, China

Jiangyi Li, Junkai Gao, Jiangyu Fang, Tian Ling, Mengsheng Xia, Xue Cao y Yan Chen

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.

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.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

JL: Conceptualización, Investigación, Metodología, Validación, Redacción–borrador original, Redacción–revisión y edición. JG: Conceptualización, Supervisión, Redacción – revisión y edición. JF: Metodología, Escritura – borrador original. TL: Visualización, Escritura – revisión y edición. MX: Redacción – revisión y edición. XC: Escritura – borrador original. ZH: Conceptualización, Metodología. YC: Recursos, Metodología, Administración de proyectos, Supervisión, Adquisición de fondos.

Correspondencia a Zhi Han o Yan Chen.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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

Vídeo complementario 1.

Vídeo complementario 2.

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

Li, J., Gao, J., Fang, J. et al. Tejido de algodón funcionalizado con lignocelulosa regenerada y respetuoso con el medio ambiente para preparar una membrana degradable multifuncional para una separación eficiente de aceite y agua y una desalinización solar de agua de mar. Representante científico 13, 5251 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32566-9

Descargar cita

Recibido: 24 de diciembre de 2022

Aceptado: 29 de marzo de 2023

Publicado: 31 de marzo de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-32566-9

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.