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20260814将太阳能驱动的界面蒸发与过一硫酸盐活化相结合,利用BiFeO₃修饰的PVA基气凝胶实现海水淡化和四环素降解的同步进行

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本期分享发表Desalination杂志上题目为Integrating solar-driven interfacial evaporation with peroxymonosulfate activation by BiFeO₃-decorated PVA-based aerogel for simultaneous seawater desalination and tetracycline degradation的研究文章。


Part 1 文章简介

太阳能驱动的界面蒸发是一种可持续的淡水生产策略。然而,如何同时去除共存的抗生素污染物仍然是一个关键挑战。本文报道了一种通过冷冻铸造法制备的稳健多功能复合气凝胶(BCPA),该气凝胶由铋铁氧体(BiFeO₃)、废弃绿茶渣衍生的生物质炭黑(CB)和聚乙烯醇(PVA)组成。优化后的BCPA-3具有分级三维(3D)多孔结构,确保了快速的水传输(渗透时间:7.0 s)和宽带太阳能吸收。因此,该蒸发器在1 kW m⁻²的辐照度下实现了3.15 kg m⁻² h⁻¹的高蒸发速率,并在3.5 wt%的盐水中保持2.6 kg m⁻² h⁻¹以上的蒸发速率,展现出优异的脱盐稳定性。所产生的冷凝水符合世界卫生组织 (WHO) 和美国环保署 (EPA) 的饮用水标准,主要离子浓度降低至可忽略不计的水平。除了脱盐之外,BCPA-3 系统在活化过一硫酸盐 (PMS) 以降解四环素方面也表现出优异的催化活性,去除率达到 65%,反应速率常数为 0.02407 min⁻¹。机理研究表明,该降解过程主要由涉及 SO₄·⁻、·OH 和 O₂·⁻ 物种的自由基途径主导。总而言之,这项工作提出了一种新型材料设计范式,将太阳能蒸汽发生与高级氧化工艺相结合,为海水淡化和抗生素废水处理提供了一种综合解决方案。

‍Part 2 主要图表


图1是BCPA蒸发器合成的示意图。


图2是(a)合成的BiFeO3的XRD图谱;(b)BiFeO3的XPS全谱;(c)BiFeO3的Fe 2p、(d)Bi 4f和(e)O 1s的高分辨率XPS谱图;(f)BiFeO3颗粒的SEM图像;(g)CB的SEM图像;(h-i)不同放大倍数下BCPA气凝胶的SEM图像。


图3是(a)CPA、BPA 和 BCPA 的紫外-可见-近红外吸收光谱;(b)蒸发机理示意图;(c)质量变化曲线与 BiFeO₃ 含量的关系;(d)不同 BCPA 样品的质量变化曲线;(e)所有样品的蒸发速率;(f)BCPA-3 在 8 小时内的循环蒸发性能;(g)BCPA-3 在 1、2 和 3 个太阳光照强度下的表面温度;(h)BCPA-3 在 1、2 和 3 个太阳光照强度下的质量变化;(i)与文献报道的蒸发器蒸发速率的比较。


图4是(a)BCPA-3 在不同浓度(3.5、10 和 20 wt%)NaCl 溶液中,1 个太阳光照强度下的质量变化;(b)BCPA-3 在不同盐度 NaCl 溶液中的相应蒸发速率曲线;(c)BCPA-3 在 10 个连续蒸发循环中的循环稳定性测试;(d)照片显示故意放置在 BCPA-3 表面的固体盐的溶解行为(60 分钟内完全溶解);(e)BCPA-3 在高盐度盐水中连续蒸发 10 小时后的表面形貌,表明没有可见的盐分积累。


图5是基于PVA水凝胶、碳粉和铋铁氧体复合气凝胶的抗盐分积累蒸发系统的示意图。


图6是(a)室外装置的示意图和(b)照片;(c)BCPA-3 随时间变化的蒸发速率;(d)环境温度和湿度曲线;(e)收集的冷凝水体积随时间的变化;(f)脱盐前后离子浓度(Na+、K+、Ca2+、Mg2+),符合 WHO/EPA 限值。


图7是(a)BFO、CB及其与PMS组合对TC的去除;(b)CPA、BPA和BCPA-1的降解效率;(c)相应的动力学速率常数;(d)PMS用量对TC去除的影响;(e)动力学拟合和(f)不同PMS浓度下的速率常数;(g)温度依赖性降解性能;(h)五次循环稳定性;(i)使用MeOH、TBA、PBQ和Na2SO3进行的自由基清除测试。


图8是BCPA/PMS体系中TC降解的催化机理示意图。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.desal.2026.120665

引用:Lu, Mengqi, et al. "Integrating solar-driven interfacial evaporation with peroxymonosulfate activation by BiFeO₃-decorated PVA-based aerogel for simultaneous seawater desalination and tetracycline degradation." Desalination (2026): 120665.

欢迎各位科研人分享自己的研究工作,请将研究工作或自行拟好的推文发送到竹子学术邮箱,竹子学术邮箱为:zhuzixueshu@163.com。

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