Bio-inspired catalytic one-step prepared R-siloxane cellulose composite membranes with highly efficient oil separation

硅氧烷 材料科学 纤维素 接触角 化学工程 复合数 表面能 乳状液 催化作用 高分子化学 复合材料 有机化学 化学 聚合物 生物化学 工程类
作者
Zhaodong Ding,Zhongjian Tian,Xingxiang Ji,Hongqi Dai,Chuanling Si
出处
期刊:Advanced composites and hybrid materials [Springer Science+Business Media]
卷期号:5 (3): 2138-2153 被引量:67
标识
DOI:10.1007/s42114-022-00517-z
摘要

Inspired by the hydrophobic waxy layer structure on the back of the desert beetle, a super-hydrophobic material was prepared via the sol–gel silanisation of porous cellulose membrane (CM) using triethoxysilanes with different carbon chain lengths (R-siloxane) and (CH3CH2O)4Ti as a catalyst in 3 min. The R-siloxane CM was both super-hydrophobic and oleophilic (water contact angle (CA) > 150°, dodecane CA ≈ 0°) and resisted liquids with surface tensions as low as 15 mN·m−1, correlated with the length of the R-siloxane and roughness of the CM. Instructed by the water collection behavior of the desert beetle, a pristine filter CM was added on the R-siloxane filter CM to accelerate separation of Span 80–stabilised water-in-oil emulsions by generating a surface energy gradient (SEG). The composite membrane with SEG separated the emulsions with higher surfactant concentrations and provided a higher efficiency up to 99.98% compared with single-layer R-siloxane membrane. This bio-inspired catalytic one-step approach for preparing R-siloxane cellulose composite membranes can potentially replace petroleum-based products for oil purification.Graphical AbstractBio-inspired preparation of R-siloxane composite cellulose membrane with surface energy gradient for highly efficient water-in-oil emulsion separation.
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