A multifunctional and environmentally safe superhydrophobic membrane with superior oil/water separation, photocatalytic degradation and anti-biofouling performance

生物污染 光催化 材料科学 水溶液 接触角 化学工程 饮用水净化 涂层 环境友好型 水处理 纳米技术 化学 有机化学 环境工程 复合材料 催化作用 环境科学 生物 工程类 生物化学 生态学
作者
Zuozhu Yin,Yuan Feng,Mingshan Xue,Yahui Xue,Yu Xie,Junfei Ou,Yidan Luo,Zhen Hong,Chan Xie
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:611: 93-104 被引量:181
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2021.12.070
摘要

Wastewater is typically complicated with spilled oil, water soluble toxic dyes and microorganisms, making it hard to be processed and causing a significant threat to the environmental safety and human health. In this paper, we demonstrate a simple solution immersion method to obtain a multifunctional cellulose-based membrane (CBM) that possesses both superhydrophobicity with a water contact angle of 163° and superior functionalities including self-cleaning, oil-water separation, anti-biofouling, and photocatalytic degradation capabilities. The achievement of separation efficiency (96%), comparatively high flux (141 L·m-2·h-1) and recyclable (7 times) oil/water separation performance is attributed to the robust superhydrophobicity enabled by the synergy of metal oxide (i.e., CuO) nanostructure coating and stearic acid (SA) modification. The superhydrophobic CBM also preferentially adsorbs organic dyes in aqueous solution, e.g., methylene blue (MB), promoting their efficient decomposition (about 70.3% of MB decomposed in 3 h) with high recyclability under UV irradiation. Most remarkably, the CBM exhibits superior anti-biofouling capability and persistently resists the algae adhesion in long duration (over 20 days), as a result of the self-cleaning ability as well as the antimicrobial property of CuO nanoparticles. Our finding here paves the way to use simple, cost-effective, environmentally safe, and reliable method to fabricate multifunctional materials for wastewater treatment in complex environments.
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