文献分享340：用于海水淡化过程中的协同光热-光催化活性和盐收集的仿生太阳能驱动界面蒸发器

本期分享发表在Chemical Engineering Journal杂志上题目为“Bionic solar-Driven interfacial evaporator for synergistic photothermal-Photocatalytic activities and salt collection during desalination”的研究文章。

Part 1 文章简介

太阳能驱动的界面蒸发在饮用水生产中起着至关重要的作用。然而，现实世界中复杂的水条件仍然限制了它的利用。本研究通过定向冷冻制备了一种具有放射中心结构的新型仿生PPy/BiVO4-PI/MXene气凝胶复合材料作为蒸发器，将光热和光催化特性集成到蒸发系统中。为了评估界面蒸发过程中光催化降解和盐收集的效果，使用高浓度盐水、模拟海水和印染废水代替真实的受污染水体。在1 kW/m−2(−|-)辐射下，PPy/BiVO4-PI/MXene复合材料的蒸发速率为1.64 kg m-2h−1，光热效率达到96.77%。在含有20wt％NaCl的高浓度盐水中，PPy/BiVO4-PI/MXene的蒸发速率为1.32kgm-2h-1，光热转换效率为77.41％。此外，经过15天的连续蒸发后可以收集约26.7克盐。此外，PPy/BiVO4-PI/MXene对MB，RhB，CR和MG等有机染料表现出优异的光催化能力，去除效率分别为79.28％，70.96％，76.70％和80.95％。该研究实现了界面蒸发，光催化和盐收集的协同效应，为高盐染色废水的处理提供了一种非常有希望的选择。

‍ Part 2 主要图表

图1是(a)放射状结构PPy/BiVO4-PI/MXene复合气凝胶的制备过程；(b)PPy/BiVO4-PI/MXene气凝胶交联三维网络中水传输示意图；(c)利用放射状冰模板策略形成放射状结构；(d)PI的化学合成路线；(e)单层PI/MXene复合薄膜示意图；(f)PAA与MXene薄膜之间的界面相互作用。

图2是(a-b)单层MXene薄片的SEM和TEM图像；(c-f)单层MXene薄片的EDS元素映射；(g-h)PPy/BiVO4-PI/MXene复合气凝胶的横截面和表面SEM图像；(i)单层PI/MXene复合薄膜的SEM图像；(j)PPy/BiVO4表面涂层的SEM图像；(k)PPy/BiVO4-PI/MXene横截面内侧的SEM图像；(l-q)PPy/BiVO4-PI/MXene的EDS元素映射；(r)PPy/BiVO4-PI/MXene中元素的EDS光谱和原子百分比。

图3是(a) 不同样品的 FT-IR 光谱；(b) PI、PI/MXene 和 PPy/BiVO4-PI/MXene 的 XPS 广谱光谱；(c) PPy/BiVO4- PI/MXene 的 C 1 s 的 XPS 光谱；(d) PPy/BiVO4-PI/MXene 的 Ti 2p；(e) PI 的 C 1 s；(f) PPy/BiVO4-PI/MXene 的 Bi 4f；(g) PPy/BiVO4-PI/MXene 的 O 1 s 和 (h) PPy/BiVO4-PI/MXene 的 N 1 s。

图4是(a-f) PPy/BiVO4-PI/MXene 的动态水接触角；(g-i) PPy/BiVO4-PI/MXene 的压缩应力-应变曲线和 10 次压缩循环；(j-k) PPy/BiVO4-PI/MXene 的压汞/挤出曲线和孔径分布；(l) PPy/BiVO4-PI/MXene 的 TGA。

图5是(a)太阳能驱动界面蒸发系统示意图；(b)制备的轻质PPy/BiVO4-PI/MXene气凝胶的数码照片；(c-d)1 kW/m−2(−|-)辐照下纯水、PI、PI/MXene和PPy/BiVO4-PI/MXene的质量变化、蒸发效率及速率；(e-g)1–3 kW/m−2(−|-)辐照下PPy/BiVO4-PI/MXene的温升曲线、质量变化、蒸发效率及速率；(h)1 kW/m−2(−|-)辐照下10次循环后PPy/BiVO4-PI/MXene的蒸发效率和速率（c-h为三次测量的平均值）；（i）1–3 kW/m−2(−|-) 辐照下 PPy/BiVO4-PI/MXene 的表面温度变化（c-h 是三次测量的平均值）。

图6是(a-b)PPy/BiVO4-PI/MXene在模拟海水和不同浓度盐溶液中的质量变化、蒸发效率及蒸发速率；(c-d)在20 wt%NaCl溶液中连续蒸发8 h后的蒸发速率及质量变化；(e)PPy/BiVO4-PI/MXene的紫外-可见-近红外光谱。(f)蒸发前后模拟海水中金属离子浓度测试（三次测量的平均值）。(g)在模拟海水中蒸发前后电阻测量；(h)NaCl溶液对玻璃容器和棉线的粘附和内聚力示意图；(i)在酸性和碱性溶液中蒸发前后的pH值；(j)在20 wt%NaCl溶液中连续收盐15天后盐的表面变化和质量收集。

图7是(a-b)太阳能驱动的界面蒸发室外装置的正面和顶视图；(c)未添加光热材料的纯水；PPy/BiVO4-PI/MXene 测量 (d)纯水 (e)20 wt% NaCl 溶液 (f)20 mg/L MG 染料溶液和 (g) 湖水中的环境太阳温度、蒸发速率和光功率密度。

图8是(a-d)不同时间MB、RhB、CR和MG的紫外-可见吸收光谱。(e)PPy/BiVO4-PI/MXene在MB、RhB、CR和MG溶液中的光降解曲线。(f)PPy/BiVO4-PI/MXene在MB、RhB、CR和MG中的光降解动力学曲线。(g)添加和不添加PPy/BiVO4-PI/MXene时MB、RhB、CR和MG的降解效率（取三次测量的平均值）。(h)以MG为例，PPy/BiVO4-PI/MXene循环光降解5次的降解曲线。(i)PPy/BiVO4-PI/MXene光催化降解过程中采集的水样。

图9是(a) PI、PI/MXene 和 PPy/BiVO4-PI/MXene 复合材料的紫外可见漫反射光谱。(b) 用于计算 PI、PI/MXene 和 PPy/BiVO4-PI/MXene 中带隙能量的 (αhv)1/n 对光子能量图。(c) TEMPO −e- (d) TEMPO-h+ (e) DMPO-·OH (f) DMPO-·O2– PPy/BiVO4-PI/MXene 的 EPR 光谱。

图10是PPy/BiVO4-PI/MXene 的可能光催化机理。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156282

引用：Yin, Min, et al. "Bionic solar-Driven interfacial evaporator for synergistic photothermal-Photocatalytic activities and salt collection during desalination." Chemical Engineering Journal (2024): 156282.

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