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Erschienen in: Journal of Materials Science 3/2021

19.10.2020 | Polymers & biopolymers

Highly compressible and durable superhydrophobic cellulose aerogels for oil/water emulsion separation with high flux

verfasst von: Yucong Yu, Xiaolong Shi, Lin Liu, Juming Yao

Erschienen in: Journal of Materials Science | Ausgabe 3/2021

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Abstract

Nowadays high porosity aerogels are widely applied in wastewater purification, while the fragility and unversatility of nascent cellulose aerogels limited the application in oil/water filtering separation. Here, highly compressible, elastic, superhydrophobic cellulose/poly(vinyl alcohol) (PVA) composite aerogels were fabricated via combination of chemical cross-linking, freeze drying and silanization. The obtained cellulose/PVA aerogels exhibited durable superhydrophobicity with WCA of 156.6 °, even maintaining 155.0 ° after 30 days. Synergistic effects of physical entanglement, chemical cross-linking and H-bond network between cellulose and PVA molecular chains endowed the aerogels with excellent compressibility and recoverability. The aerogels exhibited maximum compressive stress of 490.7 kPa at 90% strain, even without reduction in mechanical strength under 70% compressive strain for 10 cycles. More importantly, the strengthened aerogels exhibited remarkable separation performances for both immiscible oil/water mixtures and surfactant-stabilized water-in-oil emulsions. Fascinating permeation flux of up to 7176.3 L m−2 h−1 and total separation amount as high as 4550.6 L m−2 with separation efficiency of 98.5% for water-in-cyclohexane emulsion were harvested. Thus, this work provides a green, sustainable and mass-producible cellulose-based aerogel for high-efficiency oily wastewater remediation.

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Literatur
4.
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Zurück zum Zitat Fischer F, Rigacci A, Pirard R, Berthon-Fabry S, Achard P (2006) Cellulose-based aerogels. Polymer 47:7636–7645CrossRef Fischer F, Rigacci A, Pirard R, Berthon-Fabry S, Achard P (2006) Cellulose-based aerogels. Polymer 47:7636–7645CrossRef
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Zurück zum Zitat Heath L, Thielemans W (2010) Cellulose nanowhisker aerogels. Green Chem 12:1448–1453CrossRef Heath L, Thielemans W (2010) Cellulose nanowhisker aerogels. Green Chem 12:1448–1453CrossRef
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Zurück zum Zitat Gu J, Peng X, Jing C, Fu L, Huang Y, Li G, Zhang J, Tao C (2014) Robust preparation of superhydrophobic polymer/carbon nanotube hybrid membranes for highly effective removal of oils and separation of water-in-oil emulsions. J Mater Chem A 2:15268–15272. https://doi.org/10.1039/c4ta01603cCrossRef Gu J, Peng X, Jing C, Fu L, Huang Y, Li G, Zhang J, Tao C (2014) Robust preparation of superhydrophobic polymer/carbon nanotube hybrid membranes for highly effective removal of oils and separation of water-in-oil emulsions. J Mater Chem A 2:15268–15272. https://​doi.​org/​10.​1039/​c4ta01603cCrossRef
Metadaten
Titel
Highly compressible and durable superhydrophobic cellulose aerogels for oil/water emulsion separation with high flux
verfasst von
Yucong Yu
Xiaolong Shi
Lin Liu
Juming Yao
Publikationsdatum
19.10.2020
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science / Ausgabe 3/2021
Print ISSN: 0022-2461
Elektronische ISSN: 1573-4803
DOI
https://doi.org/10.1007/s10853-020-05441-5

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