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Molecularly Imprinted Phase-Change Microcapsule System for Bifunctional Applications in Waste Heat Recovery and Targeted Pollutant Removal
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2019-10-07 , DOI: 10.1021/acsami.9b11856 Jinfei Niu 1 , Huan Liu 1 , Xiaodong Wang 1 , Dezhen Wu 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2019-10-07 , DOI: 10.1021/acsami.9b11856 Jinfei Niu 1 , Huan Liu 1 , Xiaodong Wang 1 , Dezhen Wu 1
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An innovative design of a molecularly imprinted phase-change microcapsule (MIM) system for bifunctional applications in waste heat recovery and targeted pollutant removal was reported in this work. This molecularly imprinted system was successfully constructed by encapsulating n-eicosane with a SiO2 base shell through emulsion-templated interfacial polycondensation and then coating a molecularly imprinted polymeric layer with bisphenol A (BPA) as a template molecule through surface free-radical polymerization. The morphology, microstructure, and chemical structure of the resultant molecularly imprinted phase-change microcapsules (MIMs) were characterized, and their phase-change behavior, thermal energy-storage performance, and selective adsorption capability were investigated intensively. The MIMs developed in this study achieved an outstanding latent heat-storage capability with a high capacity more than 165 J/g and also showed an excellent phase-change reliability with a very small fluctuation in phase-change temperatures and enthalpies after 500 thermal cycles. Moreover, the MIMs also presented a high thermal stability over 200 °C and good shape stability up to 120 °C. Most of all, an effective specific recognition capability and high recognition efficiency were achieved for the MIMs due to the formation of BPA-molecular imprinting sites on their surface. As a result, the MIMs exhibited good adsorption selectivity toward the BPA molecules and satisfactory reusability for targeted removal of BPA with a removal efficiency of 61.7% after 10 cycles of the rebinding–elution procedure. In view of a smart combination of thermal energy-storage and selective adsorption functions, the MIMs developed in this study demonstrate a great potential in applications for waste heat recovery and targeted pollutant removal of industrial and domestic wastewaters.
中文翻译:
分子印迹相变微胶囊系统在废热回收和目标污染物去除中的双功能应用
这项工作报告了一种创新的分子印迹相变微囊(MIM)系统的创新设计,该系统可用于余热回收和目标污染物去除的双功能应用。该分子印迹系统是通过用SiO 2包裹正二十烷而成功构建的通过乳液模板化的界面缩聚反应制备基础壳,然后通过自由基自由基聚合,以双酚A(BPA)为模板分子涂覆分子印迹聚合物层。表征了所得分子印迹相变微胶囊(MIM)的形态,微观结构和化学结构,并对其相变行为,热能存储性能和选择性吸附能力进行了深入研究。在这项研究中开发的MIM具有出色的潜热存储能力,具有超过165 J / g的高容量,并且还显示了出色的相变可靠性,并且在500个热循环后相变温度和焓的波动很小。而且,MIM在200°C的温度下也具有很高的热稳定性,在高达120°C的温度下也具有良好的形状稳定性。最重要的是,由于MIM在表面上形成了BPA分子印迹位点,因此获得了有效的特异性识别能力和较高的识别效率。结果,MIM对BPA分子表现出良好的吸附选择性,并且在10个循环的重结合-洗脱程序之后,对BPA的靶向去除表现出令人满意的可重复使用性,去除效率为61.7%。鉴于热能存储和选择性吸附功能的巧妙结合,本研究开发的MIM在工业和家庭废水的余热回收和目标污染物去除中显示出巨大的潜力。由于在其表面上形成了BPA分子印迹位点,因此对MIM实现了有效的特异性识别能力和较高的识别效率。结果,MIM对BPA分子表现出良好的吸附选择性,并且在10个循环的重结合-洗脱程序之后,对BPA的靶向去除表现出令人满意的可重复使用性,去除效率为61.7%。鉴于热能存储和选择性吸附功能的巧妙结合,本研究开发的MIM在工业和家庭废水的余热回收和目标污染物去除中显示出巨大的潜力。由于在其表面上形成了BPA分子印迹位点,因此对MIM实现了有效的特异性识别能力和较高的识别效率。结果,MIM对BPA分子表现出良好的吸附选择性,并且在10个循环的重结合-洗脱程序之后,对BPA的靶向去除表现出令人满意的可重复使用性,去除效率为61.7%。鉴于热能存储和选择性吸附功能的巧妙结合,本研究开发的MIM在工业和家庭废水的余热回收和目标污染物去除中显示出巨大的潜力。MIM对BPA分子表现出良好的吸附选择性,并且在10次循环重结合-洗脱程序后,对BPA的靶向去除具有良好的可重复使用性,去除效率为61.7%。鉴于热能存储和选择性吸附功能的巧妙结合,本研究开发的MIM在工业和家庭废水的余热回收和目标污染物去除中显示出巨大的潜力。MIM对BPA分子表现出良好的吸附选择性,并且在10次循环重结合-洗脱程序后,对BPA的靶向去除具有良好的可重复使用性,去除效率为61.7%。鉴于热能存储和选择性吸附功能的巧妙结合,本研究开发的MIM在工业和家庭废水的余热回收和目标污染物去除中显示出巨大的潜力。
更新日期:2019-10-07
中文翻译:
分子印迹相变微胶囊系统在废热回收和目标污染物去除中的双功能应用
这项工作报告了一种创新的分子印迹相变微囊(MIM)系统的创新设计,该系统可用于余热回收和目标污染物去除的双功能应用。该分子印迹系统是通过用SiO 2包裹正二十烷而成功构建的通过乳液模板化的界面缩聚反应制备基础壳,然后通过自由基自由基聚合,以双酚A(BPA)为模板分子涂覆分子印迹聚合物层。表征了所得分子印迹相变微胶囊(MIM)的形态,微观结构和化学结构,并对其相变行为,热能存储性能和选择性吸附能力进行了深入研究。在这项研究中开发的MIM具有出色的潜热存储能力,具有超过165 J / g的高容量,并且还显示了出色的相变可靠性,并且在500个热循环后相变温度和焓的波动很小。而且,MIM在200°C的温度下也具有很高的热稳定性,在高达120°C的温度下也具有良好的形状稳定性。最重要的是,由于MIM在表面上形成了BPA分子印迹位点,因此获得了有效的特异性识别能力和较高的识别效率。结果,MIM对BPA分子表现出良好的吸附选择性,并且在10个循环的重结合-洗脱程序之后,对BPA的靶向去除表现出令人满意的可重复使用性,去除效率为61.7%。鉴于热能存储和选择性吸附功能的巧妙结合,本研究开发的MIM在工业和家庭废水的余热回收和目标污染物去除中显示出巨大的潜力。由于在其表面上形成了BPA分子印迹位点,因此对MIM实现了有效的特异性识别能力和较高的识别效率。结果,MIM对BPA分子表现出良好的吸附选择性,并且在10个循环的重结合-洗脱程序之后,对BPA的靶向去除表现出令人满意的可重复使用性,去除效率为61.7%。鉴于热能存储和选择性吸附功能的巧妙结合,本研究开发的MIM在工业和家庭废水的余热回收和目标污染物去除中显示出巨大的潜力。由于在其表面上形成了BPA分子印迹位点,因此对MIM实现了有效的特异性识别能力和较高的识别效率。结果,MIM对BPA分子表现出良好的吸附选择性,并且在10个循环的重结合-洗脱程序之后,对BPA的靶向去除表现出令人满意的可重复使用性,去除效率为61.7%。鉴于热能存储和选择性吸附功能的巧妙结合,本研究开发的MIM在工业和家庭废水的余热回收和目标污染物去除中显示出巨大的潜力。MIM对BPA分子表现出良好的吸附选择性,并且在10次循环重结合-洗脱程序后,对BPA的靶向去除具有良好的可重复使用性,去除效率为61.7%。鉴于热能存储和选择性吸附功能的巧妙结合,本研究开发的MIM在工业和家庭废水的余热回收和目标污染物去除中显示出巨大的潜力。MIM对BPA分子表现出良好的吸附选择性,并且在10次循环重结合-洗脱程序后,对BPA的靶向去除具有良好的可重复使用性,去除效率为61.7%。鉴于热能存储和选择性吸附功能的巧妙结合,本研究开发的MIM在工业和家庭废水的余热回收和目标污染物去除中显示出巨大的潜力。