文献分享404：三维多孔香蒲碳纤维/MoS2复合气凝胶用于海水淡化和油水乳化液净化

本期分享发表在Separation and Purification Technology杂志上题目为“Development of a phase-change energy storage gel via grafting for efficient and sustainable solar-driven water evaporation”的研究文章。

Part 1 文章简介

太阳能驱动的界面蒸发技术为应对水资源短缺挑战提供了一种新颖的策略。然而，太阳能界面蒸发材料的蒸发效率和长期稳定性仍然是其在海水淡化和废水处理领域应用的关键挑战。为此，本研究开发了一种创新的气凝胶基界面蒸发材料。该材料巧妙地融合了香蒲碳纤维 (CCF) 和二硫化钼 (MoS2) 的宽带光吸收特性，从而实现了高效的光热转换。此外，以聚乙烯醇 (PVA) 和壳聚糖 (CS) 作为结构骨架。通过引入氨丙基三甲氧基硅烷 (APTES) 和羟基磷灰石 (HAP)，并采用简单的化学和离子交联工艺，成功制备出具有三维多孔特性和超亲水性的复合气凝胶。在模拟的单太阳强度光照（1kW/m2）下，该气凝胶表现出优异的蒸发速率（2.065kgm-2h-1）和蒸发效率（99.54%），超过了一些以前报道的气凝胶基界面蒸发材料的性能。值得注意的是，在3.5wt%盐水中连续20次蒸发测试中，该材料保持了稳定的蒸发性能，表面没有可观察到的盐沉积。这一优势源于其独特的多孔结构和超亲水性，确保蒸发过程中有足够的水供应，从而有效溶解和去除盐分。此外，该气凝胶表现出优异的水下超疏油性，在油包水乳液净化方面表现出巨大的潜力。总之，这种3D多孔复合气凝胶界面蒸发材料为海水淡化和水净化提供了一种有前途的新方法。

‍ Part 2 主要图表

图1是（a）香蒲碳纤维（CCF）获取过程示意图。（b）PCH-MoS2-CCF气凝胶制备过程示意图。

图2是(a-d) 不同放大倍数下PCH-MoS2-CCF气凝胶水平方向的SEM图像。(e-h) 不同放大倍数下PCH-MoS2-CCF气凝胶垂直方向的SEM图像。(i-r) PCH-MoS2-CCF气凝胶的EDS图像及元素含量测试。(s) 600g重物放置在PCH-MoS2-CCF气凝胶上的照片。(t) PCH-MoS2-CCF气凝胶放置在玫瑰花瓣上的图像。

图3是(a) PVA、CS、PCH 气凝胶和 PCH-MoS2-CCF 气凝胶的 FT-IR 光谱。(b) HAP、MoS2 和 PCH-MoS2-CCF 气凝胶的 XRD 光谱。(c) PCH-MoS2-CCF 气凝胶的 XPS 调查。(d) C 1s。(e) N 1s。(f) O 1s。(g) PCH-MoS2-CCF 气凝胶的 Si 2p 光谱。(h) PCH-MoS2-CCF 气凝胶的表面润湿性。(i) 用高斯拟合湿润状态下 PCH-MoS2-CCF 气凝胶的罗马光谱。

图4是（a）润湿状态下不同样品表面温度变化曲线。（b）干燥状态下PCH-MoS2-CCF40气凝胶表面温度曲线。（c）润湿和干燥状态下PCH-MoS2-CCF40气凝胶在紫外-可见-近红外区（300-2500nm）的吸收光谱。（d）润湿状态下不同样品的红外热成像图像。（e）润湿状态下PCH-MoS2-CCF40气凝胶光热转换循环测试。（f）润湿状态下PCH-MoS2-CCF40气凝胶在不同光强下稳定界面温度。

图5是（a）不同样品在太阳光强度（1kW/m−2）下的质量变化曲线。（b）不同样品在一个太阳光强度照射下的实时蒸发速率曲线。（c）不同样品在黑暗环境下的质量变化曲线。（d）不同样品在一个太阳光强度照射下的蒸发速率和蒸发效率。（e）所有气凝胶基太阳能驱动界面蒸发器在一个太阳光强度照射下的增强因子。（f）PCH-MoS2-CCF40气凝胶在一个太阳光强度照射下的连续10个循环蒸发测试。（g-h）不同太阳光强度下PCH-MoS2-CCF40气凝胶的质量变化曲线、蒸发速率和蒸发效率。

图6是（a-b）在太阳光照射下，不同浓度盐水中PCH-MoS2-CCF40气凝胶界面蒸发器的质量变化曲线、蒸发速率和蒸发效率。（c）在一个太阳光照射下，在真实海水（中国渤海）中对PCH-MoS2-CCF40气凝胶界面蒸发器进行连续5个循环蒸发测试。（d）海水淡化前后海水中四种主要离子的浓度。（e）在一个太阳光照射下，在3.5wt％盐水中对PCH-MoS2-CCF40气凝胶界面蒸发器进行连续20h循环蒸发测试。（f-g）净化前后MB和MO有机染料溶液的紫外-可见光谱。（h）PCH-MoS2-CCF40气凝胶界面蒸发器与以前工作的蒸发性能比较。

图7是（a）不同种类油滴在PCH-MoS2-CCF40气凝胶表面的水下油接触角。（b）PCH-MoS2-CCF40气凝胶表面水下原油液滴图像。（c）在一次太阳照射下，对PCH-MoS2-CCF40气凝胶界面蒸发器在原油乳剂中进行连续5个循环蒸发测试。（d）显微照片显示原油乳剂净化前后的物理外观。（e-f）PCH-MoS2-CCF40气凝胶界面蒸发器的户外测试。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.133113

引用：Li, Jiehui, et al. "Tri-dimensional porous cattails carbon fiber/MoS2 composite aerogel for desalination and oil–water emulsion purification." Separation and Purification Technology (2025): 133113.

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