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德克萨斯大学余桂华/赵飞《先进材料》水凝胶太阳能废水处理器
水凝胶微信公众号 / 时间:2020-11-18 22:19:11

新材料在线11月18日讯:阳光是最丰富而又分散的能源,是管理未来能源需求的有希望的替代传统化石燃料资源的方法。有效收集和转换太阳辐射对于发展太阳能技术至关重要。到目前为止,太阳能已被转换为电能,热能和化学能,用于各种应用,例如光伏,光催化,和太阳能技术。太阳能与水的能源联系为清洁能源生产和环境修复提供了见识。例如,对水性电解质的研究以高效率和长期稳定性推动了太阳能电池的环境可持续性。基于半导体材料的光催化工艺能够修复废水和气态废水。

除了对与材料如何改变水分子的汽化行为有关的水科学的见识之外,最近还开发了基于水凝胶的材料,它可以减少蒸汽产生的能量需求。这样的创新克服了水蒸发消耗大量能量与自然阳光输入的相对较弱的能量之间的不匹配。水分子可以被聚合物链上的亲水基团捕获为结合水,从而形成水合的聚合物网络。关键是使用亲水性聚合物来生成结合水和中间水,其中中间水(作为活化水)可以比散装水以更少的能量蒸发。基于水凝胶的蒸发器与精选的太阳能吸收器和为界面蒸发设计的结构相结合,可实现高效的太阳蒸气的产生(SVG),在太阳能驱动的水净化中显示出巨大的潜力。但是,基于水凝胶的太阳能蒸发器的一个基本挑战是,聚合物链中的亲水基团作为水活化必不可少的功能性成分,会导致水凝胶中水含量高,热量分散并降低整体效率。

科研摘要

太阳能驱动的界面蒸发为可持续的淡水生产提供了一种有希望的方法。但是,蒸气产生的高能耗从根本上限制了太阳能驱动废水处理的实用性。11月,德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华/赵飞教授团队此处报道了一种控制水凝胶中聚合物网络水合作用的简便策略,其中高度骨架化的聚合物网络可将用作骨架的致密交联聚合物功能化。聚合物链的水合作用会产生大量弱结合的水分子,从而促进水的蒸发。因此,基于水凝胶的太阳能蒸发器可以利用具有长期耐用性和稳定性的太阳能从各种污染物(如盐,清洁剂和重金属成分)中提取水。这项工作展示了一种在分子水平上调节水与材料之间相互作用的有效方法,以及一种针对含有复杂污染物的废水的节能水处理技术。相关论文Topology‐Controlled Hydration of Polymer Network in Hydrogels for Solar‐Driven Wastewater Treatment发表在德国Wiley《Advanced Materials》上。