Designing 3D fractal morphology of eco-friendly nanocellulose-based composite aerogels for water remediation

纳米纤维素 气凝胶 复合数 吸附 环境友好型 材料科学 化学工程 生物高聚物 纳米孔 多孔性 复合材料 化学 聚合物 有机化学 纳米技术 工程类 纤维素 生态学 生物
作者
Marcos V. Lorevice,Pedro Ivo Cunha Claro,Nadia Andrade Aleixo,Lívia S. Martins,Marcella Torres Maia,Ana Paula Sendão Oliveira,Diego Stéfani T. Martinez,Rubia F. Gouveia
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:462: 142166-142166 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.142166
摘要

The renewable and economic aspects of cellulose nanofibril (CNF)-based aerogels are reviving interest in green adsorbents for water remediation. However, the combination of CNF chemical pre-treatment, fibrillation processes, and a solvent-free hydrophobization route to obtain structurally wet-resilient and eco-friendly porous adsorbent is lacking in the literature. Herein, the oxidation/fibrillation approaches to isolating CNF from sugarcane bagasse and producing CNF-based aerogels were investigated. These porous materials were designed through ice-templating, followed by a freeze-drying method. Oxidated CNF aerogels containing 3-times-microfluidization (TMI3) exhibited the most homogeneous interconnected regular structure, with micro- and nanoporous structures achieving robust compressive mechanical properties (Young's modulus ∼400 kPa). Natural rubber latex (NR) was combined with TMI3, yielding a water-resilient and hydrophobic composite aerogel (TMI/NR). The removal capacity of TMI/NR ranged from 108 to 420 mg·g−1 for Cu (II) and 159–334 mg·g−1 for methylene blue (MB) dye, with reuse performance ranging from 66 to 98 % over the reuse cycles. Furthermore, TMI/NR aerogel showed its effectiveness for Cu (II) removal from water in an environmentally relevant concentration (20 and 60 µg·L−1 Cu (II)) without posing additional toxicity to Daphnia similis aquatic model organisms. These findings indicate TMI/NR composite aerogels as promising and efficient green adsorbents of pollutants from contaminated water.
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