Efficient preparation of anisotropic cellulose sponge from cotton stalks: An excellent material for separation applications

纤维素 海绵 材料科学 各向异性 高分子科学 复合材料 化学 有机化学 地质学 物理 量子力学 古生物学
作者
Daning Lang,Gang Liu,Ronglan Wu,Wei Wang,Jian Wu,Lili Wang,Jun Young Yang,Chao Yang,Lu Wang,Jihong Fu
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:476: 134941-134941 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.134941
摘要

Water pollution and solid waste resource reuse demand immediate attention and research. Here, we present a method to create anisotropic cellulose sponges from cotton stalk waste. Using the inherent structure of cotton stalks, we selectively remove lignin and hemicellulose via acid and alkali pretreatment. This process yields cellulose sponges with a natural pore structure. Our findings demonstrate that these sponges retain the original pore configuration of cotton stalks, providing excellent connectivity and compressibility due to their unique anisotropic three-dimensional structure. Moreover, these sponges exhibit exceptional super-hydrophilic and underwater super-oleophobic properties, with underwater oil contact angles exceeding 150° for all tested oils. External pressure can reduce the pore size of the cellulose sponge, facilitating the gravity-driven separation and removal of dyes and emulsions. Remarkably, removal efficiencies for Methylene Blue (MB), Congo Red (CR), water-in-oil (w/o) emulsions, and oil-in-water (o/w) emulsions exceed 99 %, 97 %, 99 %, and 99 %, respectively, highlighting superior removal and recyclability. Further investigation into the mechanisms of dye and emulsion removal employs X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) characterization and molecular dynamics (MD) simulation. These insights lay the groundwork for the efficient recycling and resource utilization of waste cotton stalks, offering promising applications in water purification.
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