Published February 5, 2024 | Version v1
Publication Open

Impact of cellulose nanofibers on cellulose acetate membrane performance

Creators

  • 1. University of Girona
  • 2. National University of the Littoral
  • 3. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas

Description

Abstract Membranes find applications across a wide spectrum of industries, including water treatment, energy production, and biomedicine. In this study, nonwoven membranes were fabricated using cellulose acetate (CA) as the primary component, with varying percentages of cellulose nanofibers (CNFs) embedded as reinforcement. These CNFs were prepared through an oxalic acid pretreatment (Oxalic-CNFs). Their incorporation into electrospun membranes represents an innovative approach, enhancing their mechanical properties for applications subjected to high loads and improving its functionalization capabilities. The impact of Oxalic-CNFs on membrane properties was investigated at nanofiber loadings ranging from 0 to 18 wt%. Membranes produced with 6 wt% Oxalic-CNF exhibited the superior physical and mechanical properties. This improvement can be attributed to the formation of threads with higher intrinsic strength, a reduction in pore size, and an increase in density. When higher percentages of CNFs were added, the membranes were not properly formed, because filaments were not continuous and the needle became clogged. The substructure of the membrane proved to be a critical factor for mechanical properties, with remarkable increases in tensile strength and elastic modulus (around 300%) when comparing 4–6 wt% Oxalic-CNF-loaded membranes to CA membranes.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تجد الأغشية المجردة تطبيقات عبر مجموعة واسعة من الصناعات، بما في ذلك معالجة المياه وإنتاج الطاقة والطب الحيوي. في هذه الدراسة، تم تصنيع الأغشية غير المنسوجة باستخدام أسيتات السليلوز (CA) كمكون أساسي، مع نسب مئوية متفاوتة من الألياف النانوية السليلوزية (CNFs) المدمجة كتعزيز. تم تحضير عوامل CNF هذه من خلال المعالجة المسبقة لحمض الأكساليك (Oxalic - CNFs). يمثل دمجها في أغشية الغزل الكهربائي نهجًا مبتكرًا، مما يعزز خواصها الميكانيكية للتطبيقات التي تتعرض لأحمال عالية ويحسن قدراتها الوظيفية. تم التحقيق في تأثير عوامل النفثالينات الأوكسالية على خصائص الغشاء عند أحمال ألياف نانوية تتراوح من 0 إلى 18 ٪ بالوزن. أظهرت الأغشية المنتجة بنسبة 6 ٪ بالوزن من أوكساليك النفثالينات الخواص الفيزيائية والميكانيكية الفائقة. يمكن أن يعزى هذا التحسن إلى تكوين خيوط ذات قوة جوهرية أعلى، وانخفاض في حجم المسام، وزيادة في الكثافة. عند إضافة نسب أعلى من CNFs، لم يتم تشكيل الأغشية بشكل صحيح، لأن الخيوط لم تكن مستمرة وأصبحت الإبرة مسدودة. أثبتت البنية التحتية للغشاء أنها عامل حاسم للخصائص الميكانيكية، مع زيادات ملحوظة في مقاومة الشد ومعامل المرونة (حوالي 300 ٪) عند مقارنة 4–6 ٪ بالوزن من الأغشية المحملة بـ Oxalic - CNF بأغشية CA.

Translated Description (French)

Les membranes abstraites trouvent des applications dans un large éventail d'industries, y compris le traitement de l'eau, la production d'énergie et la biomédecine. Dans cette étude, des membranes non tissées ont été fabriquées en utilisant l'acétate de cellulose (CA) comme composant principal, avec des pourcentages variables de nanofibres de cellulose (CNF) intégrées comme renfort. Ces CNF ont été préparés par un prétraitement à l'acide oxalique (Oxalic-CNFs). Leur incorporation dans des membranes électrofilées représente une approche innovante, améliorant leurs propriétés mécaniques pour des applications soumises à des charges élevées et améliorant ses capacités de fonctionnalisation. L'impact des Oxalic-CNF sur les propriétés membranaires a été étudié à des charges en nanofibres allant de 0 à 18 % en poids. Les membranes produites avec 6 % en poids d'Oxalic-CNF présentaient des propriétés physiques et mécaniques supérieures. Cette amélioration peut être attribuée à la formation de fils avec une résistance intrinsèque plus élevée, une réduction de la taille des pores et une augmentation de la densité. Lorsque des pourcentages plus élevés de CNF ont été ajoutés, les membranes n'ont pas été correctement formées, car les filaments n'étaient pas continus et l'aiguille s'est bouchée. La sous-structure de la membrane s'est avérée être un facteur critique pour les propriétés mécaniques, avec des augmentations remarquables de la résistance à la traction et du module élastique (environ 300 %) lorsque l'on compare les membranes chargées de 4 à 6 % en poids de CNF oxalique aux membranes CA.

Translated Description (Spanish)

Resumen Las membranas encuentran aplicaciones en un amplio espectro de industrias, incluyendo el tratamiento del agua, la producción de energía y la biomedicina. En este estudio, las membranas no tejidas se fabricaron utilizando acetato de celulosa (CA) como componente principal, con porcentajes variables de nanofibras de celulosa (CNF) incrustadas como refuerzo. Estos CNF se prepararon a través de un pretratamiento con ácido oxálico (Oxalic-CNFs). Su incorporación a membranas electrohiladas representa un enfoque innovador, potenciando sus propiedades mecánicas para aplicaciones sometidas a altas cargas y mejorando sus capacidades de funcionalización. Se investigó el impacto de los CFN oxálicos en las propiedades de la membrana a cargas de nanofibras que oscilaban entre 0 y 18% en peso. Las membranas producidas con 6% en peso de CFN oxálico exhibieron propiedades físicas y mecánicas superiores. Esta mejora se puede atribuir a la formación de hilos con mayor resistencia intrínseca, una reducción en el tamaño de poro y un aumento en la densidad. Cuando se añadieron porcentajes más altos de CNF, las membranas no se formaron correctamente, porque los filamentos no eran continuos y la aguja se obstruyó. La subestructura de la membrana demostró ser un factor crítico para las propiedades mecánicas, con aumentos notables en la resistencia a la tracción y el módulo elástico (alrededor del 300%) al comparar las membranas cargadas con 4-6% enpeso de oxálico-CNF con las membranas de CA.

Files

s10570-024-05760-9.pdf.pdf

Files (4.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:83d3f88d246bbcd6168dff48c2869d14
4.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثير الألياف السليلوزية النانوية على أداء غشاء أسيتات السليلوز
Translated title (French)
Impact des nanofibres de cellulose sur les performances de la membrane d'acétate de cellulose
Translated title (Spanish)
Impacto de las nanofibras de celulosa en el rendimiento de la membrana de acetato de celulosa

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4391533065
DOI
10.1007/s10570-024-05760-9

Is supplement to
https://openalex.org/W3133255884 (Other)
https://openalex.org/W3095173934 (Other)
https://openalex.org/W2997366074 (Other)
https://openalex.org/W2946355203 (Other)
https://openalex.org/W2793545115 (Other)
https://openalex.org/W278271030 (Other)
https://openalex.org/W2594328154 (Other)
https://openalex.org/W2537370181 (Other)
https://openalex.org/W2357934294 (Other)
https://openalex.org/W1978020780 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1969956819
  • https://openalex.org/W2011157848
  • https://openalex.org/W2021733337
  • https://openalex.org/W2039497282
  • https://openalex.org/W2043226014
  • https://openalex.org/W2047388087
  • https://openalex.org/W2063002985
  • https://openalex.org/W2064459177
  • https://openalex.org/W2075385345
  • https://openalex.org/W2082005324
  • https://openalex.org/W2082385302
  • https://openalex.org/W2093269401
  • https://openalex.org/W2109590545
  • https://openalex.org/W2117465258
  • https://openalex.org/W2157463569
  • https://openalex.org/W2212714881
  • https://openalex.org/W2576717121
  • https://openalex.org/W2605607032
  • https://openalex.org/W2752616581
  • https://openalex.org/W2758480410
  • https://openalex.org/W2761156941
  • https://openalex.org/W2763573432
  • https://openalex.org/W2763914615
  • https://openalex.org/W2778484543
  • https://openalex.org/W2809032309
  • https://openalex.org/W2901667407
  • https://openalex.org/W2905003132
  • https://openalex.org/W2922645159
  • https://openalex.org/W2929722587
  • https://openalex.org/W2941923637
  • https://openalex.org/W2987090232
  • https://openalex.org/W3009672984
  • https://openalex.org/W3017469532
  • https://openalex.org/W3022388159
  • https://openalex.org/W3048342891
  • https://openalex.org/W3080567048
  • https://openalex.org/W3086927702
  • https://openalex.org/W3111386557
  • https://openalex.org/W3216245346
  • https://openalex.org/W4200486438
  • https://openalex.org/W4210826994
  • https://openalex.org/W4220654844
  • https://openalex.org/W4220906247
  • https://openalex.org/W4220939006
  • https://openalex.org/W4226388813
  • https://openalex.org/W4280595843
  • https://openalex.org/W4281479867
  • https://openalex.org/W4281782491
  • https://openalex.org/W4283818304
  • https://openalex.org/W4291300567
  • https://openalex.org/W4292260419
  • https://openalex.org/W4292540067
  • https://openalex.org/W4292811324
  • https://openalex.org/W4293221357
  • https://openalex.org/W4293685861
  • https://openalex.org/W4306169021
  • https://openalex.org/W4313647739
  • https://openalex.org/W4386032153
  • https://openalex.org/W4386161536
  • https://openalex.org/W4386764137