Highly Porous, Hydrophobic, and Compressible Cellulose Nanocrystals/Poly(vinyl alcohol) Aerogels as Recyclable Absorbents for Oil–Water Separation

气凝胶 材料科学 乙烯醇 化学工程 多孔性 接触角 润湿 吸水率 纤维素 微观结构 复合材料 聚合物 工程类
作者
Xiaoyu Gong,Yixiang Wang,Hongbo Zeng,Mirko Betti,Lingyun Chen
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:7 (13): 11118-11128 被引量:180
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.9b00066
摘要

This work reports porous and hydrophobic aerogels prepared from cellulose nanocrystals (CNCs) with the assistance of poly(vinyl alcohol) (PVA), followed by thermal chemical vapor deposition of methyltrichlorosilane on the surface. Different from other CNC reinforced materials that cannot be cyclically compressed, these cellulose nanocrystals/PVA aerogels could be compressible for 50 cycles without a significant decrease in mechanical strength, thus demonstrated excellent robustness. With the three-dimensional interconnected microstructure, the aerogels were highly porous (porosity >97.7%) and ultralight with a density ranging from 22.5 to 36.1 mg/cm3 and floatable on the water surface. The wettability test revealed that the aerogel surface was highly hydrophobic with water contact angles up to 144.5°. Notably, the aerogels were capable of absorbing various oils and nonpolar solvents and efficiently separating them from water, with an absorption capacity up to 32.7 times of its original weight. Two facile approaches, including squeezing and washing, were applied to recycle the aerogels. The results demonstrated that the aerogels could be cyclically used at least 10 times without an obvious decrease of the absorption capacity. The as-prepared aerogels show great potential in many engineering and environmental applications, e.g., as recyclable absorbents for water–oil separation.
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