文献分享388：水凝胶驱动无盐污染FO-SIE海水淡化一体化工艺

本期分享发表在Desalination杂志上题目为“Hydrogel-driven salt fouling free FO-SIE integrated process for seawater desalination”的研究文章。

Part 1 文章简介

太阳能驱动的界面蒸发（SIE）是一种低能耗、环境友好的海水淡化技术，在水资源再生和资源回收方面具有巨大的潜力。然而，防止盐结晶污垢和在长时间暴露于海水期间保持高蒸发效率等挑战依然存在。正向渗透（FO）过程可以有效地去除海水中的盐分，为SIE的连续运行创造有利条件。在本研究中，使用定制设计的膜模块开发了一种集成的FO-SIE耦合工艺。制备了一种聚（丙烯酰胺-共-异丙基丙烯酰胺）（PAM-NIPAM）三维双网络水凝胶蒸发器，以根皮苷（PHL）为亲水剂，氧化石墨烯（GO）为光热剂。该系统实现了3.05 kg m-2 h-1的有效蒸发速率。在使用聚丙烯酸钠 (PAAS) 作为汲取溶液 (DS) 对 FO 进行预处理后，整个过程中反向溶质通量 (RSF) 始终保持在 0.7 g m−2 h−1 以下，有效防止了蒸发器中的盐离子污染。在连续海水净化过程中，未观察到盐结晶，蒸发速率维持在平均约 2.80 kg m−2 h−1。相反，在单独的 FO 过程中，DS 浓度随着时间的推移逐渐稀释。通过整合 SIE 工艺并利用水凝胶进行连续光热蒸发，DS 浓度得以维持，确保 FO 的持续运行。这项研究推动了太阳能驱动的节能膜分离系统的发展，并为 SIE 应用中的实际海水淡化和防污策略提供了新的见解。

‍ Part 2 主要图表

图1是水凝胶蒸发器的制造过程。

图2是FO-SIE耦合过程实验装置示意图。

图3是材料特性。(a) N-Gel 的 SEM 图像和接触角。(b) PG-Gel 的 SEM 图像和接触角。(c) PG-Gel、N-Gel、PHL 粉末和 GO 粉末的 FTIR 光谱。(d) PG-Gel 和 N-Gel 中 C1s 的高分辨率 XPS 光谱。

图4是水凝胶材料高效蒸发的原因。(a) PG-Gel 和 (b) 本体水的拉曼光谱。(c) N-Gel、G-Gel、P-Gel、PG-Gel 和纯水的 DSC 曲线。(d) N-Gel、G-Gel、P-Gel 和 PG-Gel 的 UV-Vis-NIR 光谱，以及气团 1.5 全球 (AM 1.5 G) 倾斜太阳光谱的归一化光谱太阳辐照度密度。

图5是单独针对SIE优化实验条件。（a）表面温度变化，（b）在一个太阳照射下，纯水和添加不同浓度PHL（0g、0.05g、0.075g和0.10g）的水凝胶的水质量变化和蒸发速率值。（c）表面温度变化，（d）在一个太阳照射下，不同高度（2.5cm、3.5cm、4.5cm和5.5cm）的PG-Gel的水质量变化和蒸发速率值。

图6是FO-SIE 耦合过程实验室测试的运行效果。当使用 FO-SIE 处理纯水时，(a) 12 小时白天和 (d) 12 小时夜间的水通量和蒸发速率。(b) 单独 SIE 和 FO-SIE 之间蒸发速率的直接比较。(c) 单独 FO 和 FO-SIE 之间水通量的直接比较。(e) FO-SIE 系统中 PG-Gel 水凝胶提取-蒸发淡水时对应的周期性膨胀-消膨胀曲线。

图7是FO-SIE耦合工艺在连续处理实际海水中的稳定性和运行性能（包括（a）水通量和（b）蒸发速率）。

图8是在实际阳光下处理实际海水的室外 FO-SIE 耦合工艺试验。（a）室外 FO-SIE 原位耦合系统的构建。（b）环境温度和湿度。（c）实际阳光强度下的蒸发率。（d）海水和收集的冷凝水的离子浓度。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.desal.2025.118815

引用：Ma, Shicheng, et al. "Hydrogel-driven salt fouling free FO-SIE integrated process for seawater desalination." Desalination (2025): 118815.

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