Ambientale

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5251 (2023) Citare questo articolo

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L’inquinamento e la carenza di acqua dolce sono diventati un problema imminente. Pertanto è necessario sviluppare una membrana multifunzionale per la produzione di acqua dolce. In questo lavoro, il tessuto di cotone modificato con lignocellulosa rigenerata è stato sviluppato come una nuova membrana multifunzionale e degradabile (LCPT@CF) per un'efficiente separazione olio-acqua e la generazione di vapore solare per la prima volta. Il metodo di fabbricazione ha i pregi di essere semplice, ecologico ed economico. La lignocellulosa rigenerata è stata fatta aderire saldamente sulla superficie del tessuto di cotone mediante complessi di acido tannico e alcol polivinilico e si possono formare strutture multistrato dell'LCPT@CF, che hanno dotato le membrane di proprietà superoleofobiche e durabilità sott'acqua. La proprietà superoleofobica subacquea ha consentito a LCPT@CF di purificare vari tipi di emulsioni olio in acqua con un'efficienza di separazione superiore al 99,90%. Inoltre, beneficiando dell'eccellente capacità di conversione fototermica della lignocellulosa rigenerata, LCPT@CF ha raggiunto un elevato tasso di evaporazione di 1,39 kg m−2 h−1 e un'efficienza di evaporazione favorevole dell'84% sotto 1 illuminazione solare, e LCPT@CF ha anche presentato eccellenti resistenza al sale per l'evaporazione dell'acqua di mare per 20 cicli, senza accumulo di sale. Ancora più importante, l’LCPT@CF potrebbe essere naturalmente degradabile dai microrganismi in condizioni naturali entro 3 mesi, il che ha un’eccezionale compatibilità ambientale. I risultati di cui sopra hanno dimostrato che l’LCPT@CF, verde ed efficiente, potrebbe svolgere un grande potenziale nella separazione olio-acqua e nella purificazione delle acque reflue.

Con l’aumento della popolazione, la scarsità d’acqua è diventata una delle maggiori sfide a livello mondiale. La depurazione delle acque reflue e la desalinizzazione dell'acqua di mare sono diventate mezzi importanti per alleviare la carenza di acqua dolce1,2,3. Pertanto, è significativo sviluppare tecnologie di purificazione dell’acqua a basso costo e multifunzionali.

Per risolvere il problema della carenza idrica, i ricercatori si sono dedicati allo sviluppo di diverse tecnologie per ottenere acqua dolce, come la purificazione di miscele/emulsioni olio-acqua e la desalinizzazione dell'acqua di mare4. Attualmente esistono numerose tecnologie di separazione olio-acqua, tra cui la scrematura dell’olio, la centrifugazione, la flottazione ad aria e la separazione a membrana5. Tra questi, la tecnologia di separazione a membrana presentava i vantaggi di elevata selettività, basso consumo energetico, attrezzature semplici e così via6. Nel frattempo, la tecnologia di separazione a membrana potrebbe essere utilizzata per la purificazione dell’emulsione olio-acqua contenente tensioattivi stabili7,8. Tuttavia, le tradizionali tecnologie di sintesi delle membrane presentavano ancora gli svantaggi di una preparazione complicata, di inquinamento secondario e di costi elevati dei materiali9. Di conseguenza, è imperativo sviluppare materiali di membrana che siano poco costosi, di facile preparazione e rispettosi dell’ambiente per la separazione olio-acqua.

Essendo un'altra tecnologia promettente per la produzione di acqua dolce, la desalinizzazione dell'acqua di mare, in particolare la generazione di vapore solare (SSG), ha attirato l'attenzione di molti ricercatori per le sue caratteristiche ecocompatibili e sostenibili10,11,12. L'efficienza di evaporazione degli evaporatori solari è stata determinata da molti fattori influenti, tra cui l'assorbimento della luce, il trasporto dell'acqua e la gestione termica13. Tra questi, l'assorbimento della luce come parte cruciale degli evaporatori è stato determinato dai materiali fototermici, che potrebbero essere suddivisi in materiali metallici e materiali carboniosi14,15,16. Tuttavia, i materiali metallici erano difficilmente utilizzabili su larga scala a causa del loro costo elevato17,18. D'altra parte, alcuni metalli con una frequenza plasmatica più elevata presentavano risonanza plasmatica solo in uno specifico spettro solare19.

La lignocellulosica era la risorsa rinnovabile più abbondante sulla terra20, ma il suo utilizzo non era ampio21,22. Recentemente, Xia et al. hanno riportato un approccio di rigenerazione della lignina in situ per preparare la lignocellulosica rigenerata direttamente dalla polvere di legno23. La lignocellulosa rigenerata ha ereditato le proprietà idrofobiche e oleofile della lignina originale, che possedeva proprietà superoleofobiche e idrofobiche sott'acqua. Questi vantaggi rendono possibile l’utilizzo della lignocellulosa rigenerata per la separazione olio-acqua. Inoltre, Zhao et al. hanno dimostrato che le nanoparticelle di lignina possono effettuare la conversione da solare a termico24. Pertanto, la lignocellulosa rigenerata presentava vantaggi significativi sia nella separazione olio-acqua che nella desalinizzazione dell’acqua di mare. Essendo un materiale naturalmente biodegradabile, la lignocellulosa rigenerata era una risorsa rinnovabile ed economicamente vantaggiosa in grado di ridurre efficacemente i costi di preparazione della membrana per la desalinizzazione e la separazione olio-acqua. Tuttavia, per quanto ne sappiamo, non è stato riportato per la lignocellulosica rigenerata applicata nella separazione olio/acqua e nella generazione di vapore solare.