Wood Nanotechnology for Strong, Mesoporous, and Hydrophobic Biocomposites for Selective Separation of Oil/Water Mixtures

生物复合材料 材料科学 吸水率 纤维素 介孔材料 环氧树脂 木质素 化学工程 多孔性 复合材料 聚合物 纳米纤维素 有机化学 复合数 化学 催化作用 工程类
作者
Qiliang Fu,Farhan Ansari,Qi Zhou,Lars A. Berglund
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:12 (3): 2222-2230 被引量:322
标识
DOI:10.1021/acsnano.8b00005
摘要

Tremendous efforts have been dedicated to developing effective and eco-friendly approaches for separation of oil–water mixtures. Challenges remain in terms of complex processing, high material cost, low efficiency, and scale-up problems. Inspired by the tubular porosity and hierarchical organization of wood, a strong, mesoporous, and hydrophobic three-dimensional wood structure is created for selective oil/water separation. A delignified wood template with hydrophilic characteristics is obtained by removal of lignin. The delignified wood template is further functionalized by a reactive epoxy–amine system. This wood/epoxy biocomposite reveals hydrophobic/oleophilic functionality and shows oil absorption as high as 15 g/g. The wood/epoxy biocomposite has a compression yield strength and modulus up to 18 and 263 MPa, respectively, at a solid volume fraction of only 12%. This is more than 20 times that of cellulose-based foams/aerogels reconstructed from cellulose nanofibrils. The favorable performance is ascribed to the natural hierarchical honeycomb structure of wood. Oil can be selectively absorbed not only from below but also from above the water surface. High oil/water absorption capacity of both types of wood structures (delignified template and polymer-modified biocomposite) allows for applications in oil/water separation.
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