北京工业大学安全福团队CEJ：pH调控双层水凝胶膜蒸腾器完成高效太阳能水净化

时间: 2024-01-06 12:15:25 |   作者: 乐鱼网官网入口

  安全足够的淡水资源对保持人类生计至关重要。气候均匀状况随时刻的改变、水污染、水资源散布不平等问题导致许多区域水资源缺少，极大影响了人类正常日子。海水淡化和污水提纯成为处理这一难题的可行技能。太阳能清水技能使用的光热蒸腾取得高纯度淡水资源，具有无污染、安全可靠、习惯能力强等优势，已被大范围的应用于海水淡化等范畴。但是，光热转化资料疏水性及水分子之间高密度氢键效果，约束了膜蒸腾器使用太阳能产水的功率，导致产水速率低。

  针对以上问题，北京工业大学安全福教授团队规划了一种含有活化水存储层的双层水凝胶膜蒸腾器用于高效海水淡化及污水提纯。使用上层光热转化功用水凝胶膜（进步亲水性及光热转化功率）及基层活化水存储水凝胶膜（下降水蒸腾焓）协同效果，促进水分子在膜内传质。经过pH调控水凝胶膜的氢键效果进一步骤节水凝胶孔径巨细与水的蒸腾焓，完成了水蒸腾速率和能量转化功率别离到达2.79 kg m−2h−1和88.1%。相关论文以pH-tailored activated water reservoir for rapid solar water purification via dual-layer hydrogel architecture为题宣布在Chemical Engineering Journal。该文章榜首作者为杨雪彤硕士，通讯作者为林欢讲师。

  论文中作者经过光学交联耦合原位聚合技能构建具有双层水凝胶膜蒸腾器。上层为聚吡咯(PPy)掺杂的聚丙烯酸(PAA)和聚丙烯酰胺(PAM)双网络水凝胶膜，确保了高效光热转化及高亲水性；基层为聚丙烯酸(PAA)和聚丙烯酰胺(PAM)双网络水凝胶膜，促进了水的活化与传质。PAA-AM水凝胶的pH呼应特性使其在聚合物链和水分子之间的相互效果上具有共同的可调性，将水凝胶蒸腾器浸入不同的pH溶液中处理，水凝胶膜孔径跟着pH值的添加而变大，且中心水含量跟着溶液pH从1添加到9逐步上升，强化了水的传质，进步了其产水速率。

  图1.双层/PAA-AM水凝胶膜经过构建活化水存储层用于快速太阳能水蒸腾。

  测验表征成果证明双层/PAA-AM水凝胶膜蒸腾器水蒸腾速率远高于单层 水凝胶膜蒸腾器水蒸腾速率。pH=9处理过的水凝胶蒸腾器水蒸腾速率较单层 水凝胶膜蒸腾器水蒸腾速率进步了62%，并有着优异的海水淡化及污水处理功能。因而，经过构建具有活化水存储层的双层水凝胶蒸腾器为完成高太阳能蒸汽蒸腾率供给了一条简略而有用的途径，为处理当时的缺水危机供给了简略、绿色、高效的手法。

  图4. (a) PAA-AM和水凝胶的UV-vis-NIR光谱；(b)同一光照下PAA-AM和水凝胶外表的动态气温改变；(c)同一太阳下纯水、底层PAA-AM水凝胶、顶层水凝胶和双层/PAA-AM水凝胶的水分蒸腾速率。

  图5. (a)单层水凝胶经不同pH溶液处理后的水质量随时刻的改变；(b)单太阳照耀下pH处理双层水凝胶的蒸腾速率和相应的能量功率；(c)不同照耀强度下，pH = 9溶液处理双层水凝胶的水质量随时刻改变；(d) 9:00 ~ 17:00天然日光照耀下，pH = 9溶液处理双层水凝胶的日照强度和累计蒸腾量。

  图6. (a)纯水、3.5 wt% NaCl水溶液、10 wt% NaCl水溶液和海水(黄海)太阳能蒸腾双层水凝胶蒸腾器质量改变曲线。(b)选用双层水凝胶蒸腾器进行太阳蒸腾前后不同盐浓度咸水的电导率。(c)双层水凝胶蒸腾器在实践海水样品太阳能蒸腾中的循环实验功能。(d)原始海水和太阳蒸腾后搜集的水蒸气中金属离子的浓度。含亚甲蓝和酸性品红的废水样品在太阳能净化前后的紫外-可见吸收(e)和数字图像(f)。

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