Ambiental

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 5251 (2023) Cite este artigo

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A poluição e a escassez de água doce tornaram-se um problema iminente. Portanto, é necessário desenvolver uma membrana multifuncional para a produção de água doce. Neste trabalho, o tecido de algodão modificado com lignocelulose regenerada foi desenvolvido como uma nova membrana multifuncional e degradável (LCPT@CF) para separação eficiente de água e óleo e geração de vapor solar pela primeira vez. O método de fabricação tem os méritos de ser simples, ecologicamente correto e econômico. A lignocelulose regenerada foi aderida na superfície do tecido de algodão por complexos de ácido tânico e álcool polivinílico firmemente, e as estruturas multicamadas do LCPT@CF podem ser formadas, o que dotou as membranas com propriedades superoleofóbicas subaquáticas e durabilidade. A propriedade superoleofóbica subaquática permitiu que o LCPT@CF purificasse vários tipos de emulsões de óleo em água com uma eficiência de separação de mais de 99,90%. Além disso, beneficiando-se da excelente capacidade de conversão fototérmica da lignocelulose regenerada, o LCPT@CF alcançou alta taxa de evaporação de 1,39 kg m−2 h−1 e eficiência de evaporação favorável de 84% sob iluminação de 1 sol, e o LCPT@CF também apresentou excelente resistência ao sal para evaporar a água do mar por 20 ciclos, sem acúmulo de sal. Mais importante ainda, o LCPT@CF pode ser naturalmente degradável por microorganismos na condição natural dentro de 3 meses, o que tem excelente compatibilidade com o meio ambiente. Esses resultados acima demonstraram que o LCPT@CF verde e eficiente pode ter um grande potencial na separação de água e óleo e na purificação de esgoto.

Com o aumento da população, a escassez de água tornou-se um dos maiores desafios do mundo. A purificação de águas residuais e a dessalinização da água do mar tornaram-se meios importantes para aliviar a escassez de água doce1,2,3. Portanto, é importante desenvolver tecnologias de purificação de água multifuncionais e de baixo custo.

Para solucionar o problema da escassez de água, pesquisadores têm se dedicado ao desenvolvimento de diversas tecnologias para obtenção de água doce, como a purificação de misturas/emulsões óleo-água e a dessalinização da água do mar4. Atualmente, existem muitas tecnologias de separação óleo-água, incluindo escumação de óleo, centrifugação, flotação a ar e separação por membrana5. Entre eles, a tecnologia de separação por membrana possuía as vantagens de alta seletividade, baixo consumo de energia, equipamento simples e assim por diante6. Enquanto isso, a tecnologia de separação por membrana pode ser usada para a purificação de emulsões óleo-água contendo surfactantes estáveis7,8. No entanto, as tecnologias tradicionais de síntese de membrana ainda apresentavam as desvantagens de preparação complicada, poluição secundária e alto custo de gastos com materiais9. Consequentemente, é imperativo desenvolver materiais de membrana que sejam baratos, de preparação descomplicada e ecologicamente corretos para a separação óleo-água.

Como outra tecnologia promissora para a produção de água doce, a dessalinização da água do mar, especialmente a geração solar de vapor (SSG), tem atraído a atenção de muitos pesquisadores devido às suas características ecologicamente corretas e sustentáveis10,11,12. A eficiência de evaporação dos evaporadores solares foi determinada por muitos fatores influentes, incluindo absorção de luz, transporte de água e gerenciamento térmico13. Dentre eles, a absorção de luz como parte crucial dos evaporadores foi determinada pelos materiais fototérmicos, que podem ser divididos em materiais metálicos e materiais carbonáceos14,15,16. No entanto, os materiais metálicos eram difíceis de serem utilizados em larga escala devido ao seu alto custo17,18. Por outro lado, alguns metais com maior frequência de plasma ocorreram ressonância de plasma apenas em um espectro solar específico19.

O lignocelulósico foi o recurso renovável mais abundante na terra20, mas sua utilização não foi ampla21,22. Recentemente, Xia et al. relataram uma abordagem de regeneração de lignina in situ para preparar lignocelulósico regenerado diretamente do pó de madeira23. A lignocelulose regenerada herdou as propriedades hidrofóbicas e oleofílicas da lignina original, que possuía propriedades superoleofóbicas subaquáticas e hidrofóbicas sob o óleo. Essas vantagens tornam possível o uso de lignocelulose regenerada para a separação óleo-água. Além disso, Zhao et al. demonstraram que as nanopartículas de lignina podem realizar a conversão solar-térmica24. Portanto, a lignocelulose regenerada teve vantagens significativas tanto na separação óleo-água quanto na dessalinização da água do mar. Como um material naturalmente biodegradável, a lignocelulose regenerada foi um recurso renovável e econômico que pode efetivamente reduzir os custos de preparação de membranas para dessalinização e separação óleo-água. No entanto, até onde sabemos, não foi relatado para o lignocelulósico regenerado aplicado na separação óleo/água e geração solar de vapor.