De wetenschappers bereidden het hout voor tot een anisotroop en thermisch isolerend bulkmateriaal met een hoge porositeit, lage thermische geleidbaarheid en goede mechanische sterkte als ideale ondergrond voor het nieuwe MD-membraan. Het onderzoeksteam gebruikte nanogestructureerd hout van natuurlijk Amerikaans lindehout gevolgd door een silaancoating om een ​​hydrofoob oppervlaktemembraan te vormen met een hoge porositeit en een lage thermische geleidbaarheid. Vervolgens vergeleken ze de hydrofobe houtmembranen met commerciële membranen met betrekking tot structuur en prestaties tijdens waterzuivering.

De nieuwe membranen vertoonden een unieke poriestructuur met natuurlijk gevormde xyleemvaten en lumina parallel aan het membraanoppervlak in vergelijking met synthetische commerciële membranen met verticale poriën. Het onderzoeksteam observeerde direct de natuurlijke uitlijning van cellulose-nanofibrillen met behulp van scanning-elektronenmicroscopie (SEM). Ze merkten de resulterende structuur op met uitgelijnde kristallijne nanofibrillen die bij elkaar werden gehouden door intermoleculaire waterstofbruggen en van de Waal-krachten. Door de vermengde lignine- en hemicellulosecomponenten te verwijderen, de wetenschappers droegen bij aan ongeveer 70 procent massaverlies en verbeterde porositeit van het hydrofobe nanohoutmembraan. Hou et al. gebruikte de poriën tussen de nanofibrillen of op de kanaalwanden voor waterdamptransport.

Door de grote porositeit van het geconstrueerde materiaal, de theoretische thermische geleidbaarheid van het hydrofobe nanohoutmembraan daalde van 0,210 naar 0,04 W m ⁻¹ K ⁻¹ bij 25°C, om bij te dragen aan de vermindering van geleidend warmteverlies, terwijl de convectieve warmteoverdracht toeneemt. De wetenschappers behandelden het hout met fluoralkylsilaan (FAS) om hydrofobiciteit te induceren, die ze hebben geverifieerd met behulp van watercontacthoekmetingen om contacthoeken groter dan 140 graden te verkrijgen. De waarden waren hoger dan die waargenomen met commerciële membranen zoals polytetrafluorethyleen (PTFE) en polyvinylideenfluoride (PVDF). De morfologie en poriestructuur bleven voor en na de oppervlaktebehandeling intact. De wetenschappers vergeleken de hydrofobe houtmembranen met commerciële membranen ten opzichte van membraanstructuren, inclusief poriegrootte afmeting (PSD), thermische geleidbaarheid en prestaties.

Om de mogelijkheden van thermische isolatie voor het gefabriceerde hydrofobe nanohoutmembraan te demonstreren, de onderzoekers testten het monster onder een geleidende warmtebron en stimuleerden direct contact membraandestillatie (DCMD). Tijdens de experimenten pasten ze vijf verschillende temperaturen toe en maten ze met een infrarood (IR) camera. Bij de resultaten, het hydrofobe nanomembraan vertoonde een lage thermische geleidbaarheid en anisotrope eigenschappen wanneer de temperatuur escaleerde vanaf 40 ⁰ C-60 ⁰ C. Volgens de resultaten, de verwijdering van vermengde lignine en hemicellulose tijdens de voorbereiding van nanohout droeg bij tot significante veranderingen in de thermische geleidbaarheid van het hout.

Hou et al. testte vervolgens de thermisch efficiënte ontzilting van het nanohoutmembraan door de stroming van water (damp) door de membranen te observeren. Door de verhoogde porositeit en poriegrootte, het hydrofobe nanohoutmembraan vertoonde een hogere waterflux met aanzienlijk verminderde weerstand tegen dampoverdracht. Ze vergeleken de prestaties van nanowood MD met commerciële MD's en stelden het gebruik van dunnere houtmembranen voor om in toekomstige studies een betere flux te fabriceren. De hydrofobe membranen vertoonden een goede thermische efficiëntie (71 ± 2% bij 60°C) en vertegenwoordigen de hoogste waarden die tot dusver zijn bereikt in MD. In totaal, de resultaten suggereerden de grotere poriegrootte en bredere PSD (poriegroottedimensie) van het nanohoutmembraan om de nadelen van lagere porositeit te compenseren.

Het nieuw ontwikkelde hydrofobe nanohoutmembraan vertoonde superieure eigenschappen en MD-potentieel voor waterontzilting. Het membraan vertoonde een goede waterinflux (waterdamptransport) en uitstekende thermische efficiëntie dankzij de hoge intrinsieke permeabiliteit en superlage thermische geleidbaarheid (0,040 Wm ⁻¹ K ⁻¹ ) om convectieve en geleidende warmteoverdracht te bevorderen. Op deze manier, Dianxun Hou en collega's vervaardigden een nanowood-membraan met behulp van een schaalbare, top-down benadering met eenvoudige chemische behandelingen. De nieuw ontwikkelde, schaalbaar nanowood-membraan is een thermisch efficiënt membraan met een groot potentieel om tijdens membraandestillatie (MD) laagwaardige warmte uit verschillende bronnen te gebruiken voor waterontzilting.

De wetenschappers kunnen de poriegrootte en -dikte verbeteren door in de toekomst andere houtsoorten voor het proces te selecteren. Ze stellen ook het gebruik van elektrospinning voor om nanocellulosevezels te construeren. Vanwege de hydrofiele aard van nanocellulosematerialen, Hou et al. streven naar verdere verbetering van de efficiëntie van hydrofobe behandeling voor membraanduurzaamheid onder hoge temperatuur en chemische omstandigheden. Het onderzoeksteam is van plan de fabricagemethoden verder te optimaliseren om dunnere en grotere membraanmaterialen te ontwikkelen voor toekomstige toepassingen in waterontzilting

© 2019 Wetenschap X Netwerk