Относящийся к окружающей среде

Jul 13, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5251 (2023) Цитировать эту статью

1042 доступа

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Загрязнение и нехватка пресной воды стали насущной проблемой. Поэтому необходимо разработать многофункциональную мембрану для производства пресной воды. В этой работе регенерированная хлопчатобумажная ткань, модифицированная лигноцеллюлозой, была впервые разработана как новая, многофункциональная и разлагаемая мембрана (LCPT@CF) для эффективного разделения масла и воды и генерации солнечного пара. Метод изготовления прост, экологичен и экономически эффективен. Регенерированная лигноцеллюлоза прочно прикреплялась к поверхности хлопчатобумажной ткани комплексами дубильной кислоты и поливинилового спирта, и могли образовываться многослойные структуры LCPT@CF, которые придавали мембранам подводные суперолеофобные свойства и долговечность. Подводная суперолеофобность позволила LCPT@CF очищать различные виды эмульсий типа «масло в воде» с эффективностью разделения более 99,90%. Кроме того, благодаря превосходной фототермической конверсионной способности регенерированной лигноцеллюлозы, LCPT@CF достиг высокой скорости испарения 1,39 кг м-2 ч-1 и благоприятной эффективности испарения 84% при 1 солнечном освещении, а LCPT@CF также показал отличные результаты. солеустойчивость для испарения морской воды в течение 20 циклов, без накопления солей. Что еще более важно, LCPT@CF мог естественным образом разлагаться микроорганизмами в естественных условиях в течение 3 месяцев, что отличалось исключительной экологичностью. Приведенные выше результаты продемонстрировали, что экологически чистый и эффективный LCPT@CF может иметь большой потенциал в разделении нефти и воды и очистке сточных вод.

С ростом населения нехватка воды стала одной из крупнейших проблем в мире. Очистка сточных вод и опреснение морской воды стали важными средствами решения проблемы нехватки пресной воды1,2,3. Поэтому важно разработать недорогие и многофункциональные технологии очистки воды.

Чтобы решить проблему нехватки воды, исследователи посвятили себя разработке различных технологий получения пресной воды, таких как очистка водонефтяных смесей/эмульсий и опреснение морской воды4. В настоящее время существует множество технологий разделения нефти и воды, включая обезжиривание нефти, центрифугирование, воздушную флотацию и мембранное разделение5. Среди них технология мембранного разделения обладает такими преимуществами, как высокая селективность, низкое энергопотребление, простота оборудования и т. д.6. Между тем, технология мембранного разделения может быть использована для очистки водонефтяной эмульсии, содержащей стабильные поверхностно-активные вещества7,8. Однако традиционные технологии синтеза мембран по-прежнему имели недостатки, заключающиеся в сложности приготовления, вторичном загрязнении и высокой стоимости материалов9. Соответственно, крайне необходима разработка мембранных материалов, которые являются недорогими, несложными в приготовлении и экологически чистыми для разделения нефти и воды.

В качестве еще одной многообещающей технологии производства пресной воды опреснение морской воды, особенно производство солнечного пара (SSG), привлекло внимание многих исследователей благодаря своим экологически чистым и устойчивым характеристикам10,11,12. Эффективность испарения солнечных испарителей определялась многими влияющими факторами, включая поглощение света, транспортировку воды и управление температурным режимом13. Среди них поглощение света как важнейшая часть испарителей определялось фототермическими материалами, которые можно разделить на металлические материалы и углеродистые материалы14,15,16. Однако металлические материалы было трудно использовать в больших масштабах из-за их высокой стоимости17,18. С другой стороны, у некоторых металлов с более высокой плазменной частотой плазменный резонанс возникал только в определенном солнечном спектре19.

Лигноцеллюлоза была самым распространенным возобновляемым ресурсом на Земле20, но ее использование не было широким21,22. Недавно Ся и др. сообщили о подходе к регенерации лигнина in-situ для получения регенерированной лигноцеллюлозы непосредственно из древесного порошка23. Регенерированная лигноцеллюлоза унаследовала гидрофобные и олеофильные свойства исходного лигнина, обладавшего подводными суперолеофобными и поднефтяными гидрофобными свойствами. Эти преимущества позволяют использовать регенерированную лигноцеллюлозу для разделения нефти и воды. Кроме того, Чжао и др. продемонстрировали, что наночастицы лигнина могут осуществлять преобразование солнечной энергии в тепловую24. Таким образом, регенерированная лигноцеллюлоза имела значительные преимущества как при разделении нефти и воды, так и при опреснении морской воды. Будучи естественным биоразлагаемым материалом, регенерированная лигноцеллюлоза была возобновляемым и экономически эффективным ресурсом, который может эффективно снизить затраты на подготовку мембран для опреснения и разделения нефти и воды. Однако, насколько нам известно, об этом не сообщалось в отношении регенерированной лигноцеллюлозы, применяемой при разделении нефти и воды и производстве солнечного пара.