文献分享400：用于高效海水淡化和废水处理的多功能全生物质超弹性气凝胶蒸发器

本期分享发表在Separation and Purification Technology杂志上题目为“Multifunctional all-biomass superelastic aerogel evaporator for efficient desalination and wastewater treatment”的研究文章。

Part 1 文章简介

全球人口的快速增长导致淡水资源日益匮乏。为了应对这一挑战，太阳能界面蒸发已成为生产饮用水的可行解决方案。纤维素气凝胶蒸发器因其可再生性和吸附性能而备受关注，它是一种易于获取的材料。然而，纤维素气凝胶吸水膨胀会导致结构变化，并伴随机械性能下降。为了缓解这些问题，采用冰模板定向冷冻法，将羟基磷灰石纳米线引入纤维素层之间，充当“弹簧”。这种方法有助于制备源自银叶菊（Thalia dealbata）的具有超弹性结构的三维全生物质气凝胶。所得气凝胶在空气中表现出优异的机械性能，在500次压缩循环后仍能保持其初始压力的97.8%。由于蒸发器是在水环境中运行，对其进行了5000次循环压缩回弹试验，在水中几乎未出现塑性变形，凸显了其优异的机械性能。此外，该气凝胶表现出优异的稳定性，在1个太阳强度下的平均蒸发速率为1.92kgm−2h−1。由于水凝胶网络中存在结合水，蒸发速率超过了蒸发极限。所得冷凝物的离子含量远低于世界卫生组织对海水和重金属水溶液的标准，保留率超过99%。此外，该蒸发器对有机染料表现出优异的吸附能力，在1个太阳强度下的吸附率是黑暗条件下的6-7倍。由于温度升高，分子热运动加剧，增加了吸附剂和吸附质之间碰撞的频率和能量，从而加速了吸附过程。本研究开发的多功能全生物质超弹性气凝胶蒸发器为实现长期稳定的太阳界面蒸发提供了一种有希望的方法，为缓解与水资源短缺相关的挑战提供了潜在的解决方案。

‍ Part 2 主要图表

图1是（a）CHC气凝胶制备示意图。（b）CHC气凝胶吸附机理示意图。

图2是(a) CHC 气凝胶蒸发器的数字图像。(b 和 c) CHC 气凝胶侧面的 SEM 图像。(d、e 和 f) CHC 气凝胶和 HANW 顶部的 SEM 图像。(g) 从 CHC 气凝胶中获得的 C、N、O、P 和 Ca 的元素分布。

图3是（a）CM、CNF、HANW、CH 和 CHC 气凝胶的 FTIR 光谱。（b）不同压缩比的 CHC 气凝胶的循环曲线。（c）不同循环时间的 CHC 气凝胶的压缩曲线。（d）CH 的压缩恢复过程。（e）CHC 的压缩恢复过程。

图4是(a) CNF、(b) CH、(c) CHC 水凝胶的恢复性能测试。

图5是（a）水下不同压缩模量的循环曲线。（b）80%压缩率下不同循环次数的压缩曲线。（c）不同循环次数的CHC水凝胶与初始压力的比值。（d）80%应变下CHC水凝胶在5000次压缩循环中的塑性变形。

图6是(a) CHC 气凝胶蒸发器机制示意图。(b) 一滴水完全浸入 CHC 气凝胶蒸发器所需的时间。(c) CH 和 CHC 气凝胶蒸发器的太阳光吸收曲线。(d) CH、CHC 气凝胶蒸发器和纯水的温升和降温曲线。(e) CHC 和 CH 气凝胶蒸发器在 1 个太阳光下 0、10、20、30、40、50 和 60 分钟的相应红外图像。

图7是(a) 太阳能蒸发装置示意图。(b) 1 个太阳光强度下不同 CHC 蒸发器的质量变化。(c) 不同太阳光照射下 CHC 蒸发器的质量损失图。(d) 不同溶液中 CHC 蒸发器的质量变化。(e) 不同溶液中 CHC 蒸发器的蒸发速率和蒸发效率。(f) CHC 蒸发器在 5%、10% 和 20% NaCl 溶液中的蒸发速率和蒸发效率。(g) 海水和淡化水中 Na+、Mg2+、K+ 和 Ca2+ 的浓度。(h) CHC 蒸发器在酸性和碱性水中净化，用 pH 试纸测试蒸发前后的照片。(i) 染料废水 RB 和 MB 净化前后的紫外吸收光谱和数字图像。

图8是(a) 黑暗条件下 MB 吸附示意图。(b) 1 个太阳光强度辐照条件下 MB 吸附示意图。(c) 光照与黑暗条件对比示意图。(d) 黑暗条件下 RB 吸附示意图。(e) 1 个太阳光强度辐照条件下 RB 吸附示意图。(f) 光照与黑暗条件对比示意图。(g) 不同温度辐照条件下 (1h) MB 吸附示意图。(h) 吸附机理示意图。

图9是（a）纯水和含油废水的质量损失图示意图。（b）二氯甲烷、己烷和甲苯在空气和水中的接触角。（c）数字图像展示了CH和CHC水凝胶的水下油滴滚落特性。（d）油水分离示意图。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.132893

引用：Yang, Jin, et al. "Multifunctional all-biomass superelastic aerogel evaporator for efficient desalination and wastewater treatment." Separation and Purification Technology (2025): 132893.

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