文献分享341：表面图案化的聚乙烯醇/CNT 水凝胶可用于持续利用太阳能进行高浓度盐水淡化和盐收集

本期分享发表在Chemical Engineering Journal杂志上题目为“Surface patterned polyvinyl alcohol/CNT hydrogels for sustained solar powered high concentration brine desalination and salt harvesting”的研究文章。

Part 1 文章简介

太阳能驱动的界面蒸发是实现水净化的一种有吸引力的方法。然而，高水蒸发率往往会导致盐晶体在蒸发器表面沉淀，从而导致蒸发效率随时间衰减，这使得难以平衡高水蒸发率和抗盐性。本文通过定向冷冻和表面图案化构建了各向异性的聚乙烯醇/CNT水凝胶。聚乙烯醇链形成的聚合物主链与水簇相互作用，降低水的蒸发焓，并且由于微米级垂直排列的孔隙，吸收的水可以通过挤压水凝胶释放出来。更重要的是，通过设计水凝胶表面的结构，可以增加蒸发器的气液界面，同时可以控制盐晶体的生长方向。结果显示，通过表面图案化处理，在一个太阳光照射下，水蒸发速率可从3.26 kg m−2 h−1提高到3.69 kg m−2 h−1。在一个太阳光照射下，在10 wt% NaCl溶液中连续运行50 h后，水蒸发速率逐渐增大，并收集到大量的盐收集液，证明了其良好的抗盐性能。

‍ Part 2 主要图表

图1是（a）表面图案化 PVA/CNT 复合水凝胶制备过程示意图。PCH3 的（b）顶视图和（c）侧视图的 SEM 图像。比例尺：100 μm。

图2是(a) 不同 PCH 沿垂直方向的压缩应力-应变曲线。(b) PCH3 沿垂直方向在不同压缩应变下的压缩应力-应变曲线。(c) PCH3 沿垂直方向 100 次循环压缩应力-应变曲线。(d) PCH3 和 (e) PCH-c 在垂直方向 70% 压缩应变下的光学照片。(f) 不同 PCH、PCH-r 和 PCH-c 的饱和含水量。(g) PCH3 吸水过程的光学照片。比例尺：5 毫米。(h) PCH3 和 PCH-c 的膨胀时间。

图3是(a) 太阳能驱动的蒸汽蒸发器的示意图。(b) PCH-r 和具有不同 CNT 含量的 PCH 的 UV-vis-NIR 光谱。1 个太阳辐射下 PCH3 和 PVA 水凝胶在 (c) 干态和 (d) 湿态下的温度与时间图。(e) 1 个太阳辐射下纯水、PVA 水凝胶、PCH-r 和 PCH3 的水质量变化。(f) 黑暗条件下水和不同 PCH 的水分蒸发速率。(g) 水和不同 PCH 的等效汽化焓。(h) 不同太阳强度下 PCH3 的水质量变化。(i) 在一个太阳强度下连续照射 10 小时的 PCH3 的质量变化曲线。

图4是(a) PCH3 图案设计示意图。(b) 在一个太阳强度下辐照的不同图案化 PCH 的红外照片。(c) 不同图案化的 PCH 上表面温度。(d) 在一个太阳辐射下不同图案化 PCH 的水蒸发速率。(e) 在一个太阳强度下不同图案化深度的 PCH3-9u 的水蒸发速率。(f) 在一个太阳强度下 PCH3-9u 与其他已报道的蒸发器的水蒸发速率比较。(g) 在一个太阳辐射下 10 小时，PCH3-1u 和 PCH3-9u 在纯水中的质量变化曲线。

图5是(a) PCH3-1u 和 PCH3-9u 在不同浓度盐水中的水蒸发速率。(b) 在一个太阳强度下，10 wt% 氯化钠溶液中 PCH3-1u 和 PCH3-9u 每小时水蒸发速率变化曲线。(c) 在一个太阳强度下，对 PCH3-9u 在 10 wt% 氯化钠溶液中进行 5 次（每次 10 小时）循环稳定性测试。(d) 照射前和 (e) 照射 10 小时后的 PCH3-9u 的光学照片。(f) 收集盐后的 PCH3-9u 和 (g) 收集到的盐的光学照片。(h) 图案化水凝胶表面盐晶体生成的示意图。(i) 在一个太阳强度下，每 10 小时照射 10 wt% 盐水中 PCH3-9u 的盐收集量。

图6是(a)海水和纯净水中的离子浓度和(b)太阳能驱动的海水淡化对离子的排斥效率。(c)废水中的离子浓度和(d)相应的离子排斥效率。(e)太阳能驱动的孔雀石绿对有机废水的净化性能。(f) PCH3蒸发器在多次抽吸脱水循环过程中含水量的变化。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156052

引用：Li, Changjun, et al. "Surface patterned polyvinyl alcohol/CNT hydrogels for sustained solar powered high concentration brine desalination and salt harvesting." Chemical Engineering Journal (2024): 156052.

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