Superhydrophobic Cellulosic Membranes for Membrane Distillation
Superhydrophobic Cellulosic Membranes for Membrane Distillation
复制标题
用于膜蒸馏的超疏水纤维素膜
DOI：
10.1021/acsestwater.2c00343
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Hsiao, Benjamin S.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Joshi, Ritika;Zheng, Jackie;Chi, Kai;Zhang, Sophie;Huang, Xiangyu;Hadi, Pejman;Lindstrom, Tom;Hsiao, Benjamin S.
膜蒸馏（MD）为离网的全球社区提供了强大的饮用水解决方案。然而，由于成本相对较高和不可降解性，合成聚合物基MD膜往往阻碍了这一目标的实现。在这项研究中，我们展示了一种复合纤维素膜系统，使用纯微纤化纤维素（MFC）作为支架，其复合材料作为屏障层，其中MFC可以从任何木质纤维素生物质来源中提取。该膜具有超疏水性（水接触角>150°）、高孔隙率和高湿机械强度。超疏水性是由含有疏水无机填料（沉淀碳酸钙）分散在交联MFC支架中的屏障层表面微观结构引起的，并经疏水施胶剂处理。通过MFC纤维间的交联反应，获得了较高的湿强度和孔隙率，保持了MFC纤维的亲水性和耐水性。采用直接接触膜蒸馏（DCMD）法对模拟黑水和海水（8 g/L NaCl溶液至35 g/L NaCl溶液）进行脱盐试验，获得了性能最佳的纤维素膜，其高水通量和高盐去除率与商用聚四氟乙烯（PTFE）膜的性能相当。所演示的复合纤维素膜系统，通过使用典型的造纸成分和程序制造，提供了有前途的特性，可以取代合成聚合物膜，用于可持续的MD操作。
Membrane distillation (MD) offers robust drinking water solutions to off-grid global communities. However, synthetic polymer-based MD membranes often hamper this goal due to the relative high cost and nondegradable nature. In this study, we demonstrate a composite cellulosic membrane system, using neat microfibrillated cellulose (MFC) as a scaffold and its composite as a barrier layer, in which MFC can be extracted from any lignocellulose biomass source. The membranes exhibited superhydrophobicity (water contact angle >150°), high porosity, and high wet mechanical strength. The superhydrophobicity was induced by the surface microstructure of the barrier layer containing hydrophobic inorganic fillers (precipitated calcium carbonate) dispersed in a cross-linked MFC scaffold treated by a hydrophobic sizing agent. The wet strength and high porosity were achieved by the cross-linking reaction between MFC fibers, which maintained as hydrophilic but water-resistant. The best performing cellulosic membrane was tested for desalination of simulated blackish water and seawater (8 g/L NaCl solution to 35 g/L NaCl solution) using the direct contact membrane distillation (DCMD) method and exhibited high-water flux and high salt rejection ratio, comparable to the performance of commercial polytetrafluoroethylene (PTFE) membranes. The demonstrated composite cellulosic membrane system, manufactured by using typical papermaking ingredients and procedures, offers promising features that can replace synthetic polymeric membranes for sustainable MD operations.
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DOI：
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