Scalable Production of Biodegradable, Recyclable, Sustainable Cellulose–Mineral Foams via Coordination Interaction Assisted Ambient Drying

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作者
Lü Chen,Siheng Wang,Shanshan Wang,Chang Chen,Luhe Qi,Le Yu,Ziyang Lu,Jing Huang,Junqing Chen,Zhen Wang,Xiaowen Shi,Zhanqian Song,He Liu,Chaoji Chen
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (10): 16414-16425 被引量:48
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c05635
摘要

Heavy reliance on petrochemical-based plastic foams in both industry and society has led to severe plastic pollution (the so-called "white pollution"). In this work, we develop a biodegradable, recyclable, and sustainable cellulose/bentonite (Cel/BT) foam material directly from resource-abundant natural materials (i.e., lignocellulosic biomass and minerals) via ambient drying. The strong resistance to the capillary force-driven structural collapse of the preformed three-dimensional (3D) network during the ambient drying process can be ascribed to the purpose-designed cellulose–bentonite coordination interaction, which provides a practical way for the locally scalable production of foam materials with designed shapes without complex processing and intensive energy consumption. Benefiting from the strong cellulose–bentonite coordination interaction, the Cel/BT foam material demonstrates high mechanical strength and outstanding thermal stability, outperforming commercial plastic polystyrene foam. Furthermore, the Cel/BT foam presents environmental impacts much lower than those of petrochemical-based plastic foams as it can be 100% recycled in a closed-loop recycling process and easily biodegraded in the environment (natural cellulose goes back to the carbon cycle, and bentonite minerals return to the geological cycle). This study demonstrates an energy-efficient ambient drying approach for the local and scalable production of an all-natural cellulose/bentonite foam for sustainable packaging, buildings, and beyond, presenting great potential in response to "white pollution" and resource shortage.
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