Multifunctional fully biobased aerogels for water remediation: Applications for dye and heavy metal adsorption and oil/water separation

吸附 化学工程 环境修复 化学 气凝胶 材料科学 有机化学 污染 纳米技术 生态学 生物 工程类
作者
Amir Varamesh,Brett Abraham,Hui Wang,Paula Bertón,Heng Zhao,Keith Gourlay,Gurminder Minhas,Qingye Lu,Steven L. Bryant,Jinguang Hu
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:457: 131824-131824 被引量:69
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.131824
摘要

Water ecosystem contamination from industrial pollutants is an emerging threat to both humans and native species, making it a point of global concern. In this work, fully biobased aerogels (FBAs) were developed by using low-cost cellulose filament (CF), chitosan (CS), citric acid (CA), and a simple and scalable approach, for water remediation applications. The FBAs displayed superior mechanical properties (up to ∼65 kPa m3 kg-1 specific Young's modulus and ∼111 kJ/m3 energy absorption) due to CA acting as a covalent crosslinker in addition to the natural hydrogen bonding and electrostatic interactions between CF and CS. The addition of CS and CA increased the variety of functional groups (carboxylic acid, hydroxyl and amines) on the materials' surface, resulting in super-high dye and heavy metal adsorption capacities (619 mg/g and 206 mg/g for methylene blue and copper, respectively). Further modification of FBAs with a simple approach using methyltrimethoxysilane endowed aerogel oleophilic and hydrophobic properties. The developed FBAs showed a fast performance in water and oil/organic solvents separation with more than 96% efficiency. Besides, the FBA sorbents could be regenerated and reused for multiple cycles without any significant impact on their performance. Moreover, thanks to the presence of amine groups by addition of CS, FBAs also displayed antibacterial properties by preventing the growth of Escherichia coli on their surface. This work demonstrates the preparation of FBAs from abundant, sustainable, and inexpensive natural resources for applications in wastewater purification.
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