Highly Efficient and Flexible Electrospun Carbon–Silica Nanofibrous Membrane for Ultrafast Gravity-Driven Oil–Water Separation

材料科学 热重分析 润湿 化学工程 热稳定性 复合数 复合材料 静电纺丝 多孔性 接触角 聚合物 遗传学 工程类 生物
作者
Ming Hang Tai,Peng Gao,Benny Yong Liang Tan,Darren Delai Sun,James O. Leckie
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:6 (12): 9393-9401 被引量:255
标识
DOI:10.1021/am501758c
摘要

A novel free-standing and flexible electrospun carbon-silica composite nanofibrous membrane is newly introduced. The characterization results suggest that the electrospun composite nanofibers are constructed by carbon chains interpenetrated through a linear network of 3-dimensional SiO2. Thermogravimetric analysis indicates that the presence of insulating silica further improve the thermal resistance of the membrane. Additionally, the mechanical strength test shows that the membrane's toughness and flexibility can be enhanced if the concentration of SiO2 is maintained below 2.7 wt %. Thermal and chemical stability test show that the membrane's wettability properties can be sustained at an elevated temperature up to 300 °C and no discernible change in wettability was observed under highly acidic and basic conditions. After surface-coating with silicone oil for 30 mins, the composite membrane exhibits ultra-hydrophobic and superoleophilic properties with water and oil contact angles being 144.2 ± 1.2° and 0°, respectively. The enhanced flexibility and selective wetting property enables the membrane to serve as an effective substrate for separating free oil from water. Lab-scale oil-water separation test indicates that the membrane possesses excellent oil-water separation efficiency. In addition, its inherent property of high porosity allows oil-water separation to be performed in a gravity-driven process with high-flux. We anticipate that this study will open up a new avenue for fabrication of free-standing carbonaceous composite membrane with tunable flexibility for energy efficient and high-throughput production of clean water.
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