Cellulose Nanofibril Based-Aerogel Microreactors: A High Efficiency and Easy Recoverable W/O/W Membrane Separation System

Abstract

Hereby we report a novel cellulose nanofirbril aerogel-based W/O/W microreactor system that can be used for fast and high efficient molecule or ions extraction and separation. The ultra-light cellulose nanofibril based aerogel microspheres with high porous structure and water storage capacity were prepared. The aerogel microspheres that were saturated with stripping solution were dispersed in an oil phase to form a stable water-in-oil (W/O) suspension. This suspension was then dispersed in large amount of external waste water to form W/O/W microreactor system. Similar to a conventional emulsion liquid membrane (ELM), the molecules or ions in external water can quickly transport to the internal water phase. However, the microreactor is also significantly different from traditional ELM: the water saturated nanocellulose cellulose aerogel microspheres can be easily removed by filtration or centrifugation after extraction reaction. The condensed materials in the filtrated aerogel particles can be squeezed and washed out and aerogel microspheres can be reused. This novel process overcomes the key barrier step of demulsification in traditional ELM process. Our experimental indicates the novel microreactor was able to extract 93% phenol and 82% Cu2+ from external water phase in a few minutes, suggesting its great potential for industrial applications.

Nanocellulose, a Versatile Green Platform: From Biosources to Materials and Their Applications

“…It also changed the hydrophobicity, rendering the material suitable for chloroform separation from water. TEMPO-oxidized CNFs have been shaped into aerogel microspheres using polyamide-epichlorohydrin resin as a crosslinker 242 . These aerogels were capable of adsorbing 120 g/g H 2 O and could be used to extract phenol and copper.…”

Biopolymer‐Aerogele und ‐Schäume: Chemie, Eigenschaften und Anwendungen

“…Es wird vermutet, dass nach dem Auflösen verschiedene Regenerationslösungsmittel die Entstehung eines Gel‐Netzwerks induzieren, einschließlich Wasser,,,, Schwefelsäure, Methanol,,, Ethanol,,,,,, Propanol, Butanol,, Ethanol/DMSO, Isopropylalkohol, und Aceton ,. Für den Partikelansatz wurden Cellulose‐Nanofasern (CNF) aus Holz,–,,–,,–, Haferstroh, Weizenstroh, Lupinenschalen und Bakterien sowie aus Baumwolle hergestellte Cellulose‐Nanokristalle (CNC) verwendet. Die genauen Protokolle zur Herstellung von CNF variieren und beruhen oft auf kombinierten Verfahren: CNF‐Baueinheiten werden meist durch eine rein mechanische Behandlung,,,,, enzymatische Behandlung,,, TEMPO‐vermittelte Oxidation,,, oder Carboxymethylierung, erhalten.…”

“…Für den Partikelansatz wurden Cellulose‐Nanofasern (CNF) aus Holz,–,,–,,–, Haferstroh, Weizenstroh, Lupinenschalen und Bakterien sowie aus Baumwolle hergestellte Cellulose‐Nanokristalle (CNC) verwendet. Die genauen Protokolle zur Herstellung von CNF variieren und beruhen oft auf kombinierten Verfahren: CNF‐Baueinheiten werden meist durch eine rein mechanische Behandlung,,,,, enzymatische Behandlung,,, TEMPO‐vermittelte Oxidation,,, oder Carboxymethylierung, erhalten. Gele entstehen dann durch physische Verschlingung,, oder elektrostatische Destabilisierung unter Verwendung von Säuren oder Salzen, oder sie werden direkt aus einer Dispersion in den festen Zustand überführt ,,,,,,,,,.…”

“…Die genauen Protokolle zur Herstellung von CNF variieren und beruhen oft auf kombinierten Verfahren: CNF‐Baueinheiten werden meist durch eine rein mechanische Behandlung,,,,, enzymatische Behandlung,,, TEMPO‐vermittelte Oxidation,,, oder Carboxymethylierung, erhalten. Gele entstehen dann durch physische Verschlingung,, oder elektrostatische Destabilisierung unter Verwendung von Säuren oder Salzen, oder sie werden direkt aus einer Dispersion in den festen Zustand überführt ,,,,,,,,,. Manchmal werden zum Stabilisieren des Gel‐Netzwerks zusätzlich kovalente Vernetzer zugegeben (Abbildung ): Polyamid‐Epichlorhydrin‐Harz,, 1,2,3,4‐Butantetracarbonsäure,, Hydrazone, Diisocyanate, Polymethylenpolyphenylpolyisocyanate und 1,4‐Butandioldiglycidylether .…”

Host–Guest Chemistry Within Cellulose Nanocrystal Gel Receptors

“…This process is spontaneous and entropically driven, and has been used by several groups to assemble cellulose‐based hydrogels . In fact, there is considerable interest in CNC‐based gels as they are attractive materials for separation/purification purposes, drug‐delivery, sensing, thermal insulation, tissue engineering, and 3D printing …”