Surfactant-modified cellulose nanocrystal enhanced loess-beam-like electrospinning membrane for selective oil/water separation

肺表面活性物质 静电纺丝 聚丙烯腈 纳米纤维 接触角 化学工程 化学 润湿 材料科学 复合材料 聚合物 生物化学 工程类
作者
Hui Wang,Hao Dong,Xu Li,Jacko Feng,Li Niu,Zhiming Liu
出处
期刊:Industrial Crops and Products [Elsevier BV]
卷期号:212: 118313-118313 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.indcrop.2024.118313
摘要

Functional membranes that are both robust and porous with selective wettability find widespread application in oil/water separation processes. This study used polyacrylonitrile (PAN), surfactant-modified cellulose nanocrystals (H-CNC) and polyvinylpyrrolidone (PVP) as the raw materials to prepare a nanofibrous membrane (H-CNC/PPAN) with a strong loess-beam-like structure using the electrospinning and sacrificing template strategy. Surfactant adsorption enabled stable dispersion of H-CNC within the polymer matrix. The tensile strength and Young’s modulus were 7.46 ± 0.36 MPa and 150.66 ± 33.12 MPa, respectively, which represent an increase by 3.15 times and 1.89 times when compared to the corresponding values of the PAN membrane. The H-CNC/PPAN membrane obtained a good pore size distribution after removing PVP by water etching, as a result of the formation of furrows and micro-meso-pores. Moreover, the etching process effectively improved the mechanical properties of the membranes. Based on the presence of hydroxyl and amide groups on the membrane surface, the membrane displayed pre-wetting induced underwater superoleophobicity and underoil superhydrophobicity. Driven by gravity, an ultra-high permeation flux of 7210.51 L·m−2·h−1 and a separation efficiency of over 98.93% were achieved. Thanks to its excellent oil repellency and good resistance to acid, alkali and salt, the H-CNC/PAN membrane is highly sustainable and has broad potential applications in the field of oil/water separation.
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