Mechanically Tough and Regenerable Antibacterial Nanofibrillated Cellulose-Based Aerogels for Oil/Water Separation

化学工程 材料科学 纳米纤维素 纤维素 化学 有机化学 工程类
作者
Bingjie Fan,Bing Qi,Ping Wang,Ying Liu,Yuanyuan Yu,Qiang Wang,Xuehong Ren
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:38 (34): 10716-10727 被引量:29
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.2c01785
摘要

Nanofibrillated cellulose (NFC)-based aerogels have been widely used for various applications. However, the disadvantages of poor structural stability, low mechanical toughness, and easy contamination by bacteria hinder their large-scale application. In this work, 3-(3'-acrylicacidpropylester)-5,5-dimethyl hydantoin (APDMH) was grafted on oxidized NFC (ONC) to prepare antibacterial poly(APDMH)-g-ONC (PAC). PAC and poly(ethyleneimine) (PEI) were chemically cross-linked using 3-glycidoxypropyltrimethox (GPTMS), aiming at constructing a PAC-g-PEI aerogel with multiple network structures. The mechanical behaviors of composite aerogel and oil/water separation performances under different conditions were investigated. PAC-g-PEI aerogel exhibits outstanding fatigue resistance (>50 cycles of compression) and superior elasticity (96.76% height recovery after five compression-release cycles at 50% strain). The obtained superhydrophilic and underwater-oleophobic properties endow the aerogel with excellent oil/water separation performances, achieving a satisfactory separation efficiency of over 99% and flux of over 9500 L·m-2·h-1. Furthermore, the chlorinated aerogel of PAC-g-PEI-Cl shows highly efficient and rechargeable antibacterial properties, can inactivate 6.72-log Escherichia coli and 6.60-log Staphylococcus aureus within 10 min, and can still kill all inoculated bacteria after 50 cycles. In addition, PAC-g-PEI-Cl aerogel can inhibit biofilm formation, making it a promising candidate for highly efficient oil/water separation applications in diverse harsh conditions.
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