本期分享发表在Chemical Engineering Journal杂志上题目为“Janus macroporous polyelectrolyte hydrogels towords excellent solar desalination”的研究文章。
Part 1 文章简介
水凝胶界面蒸发器在太阳能海水淡化领域引起了广泛关注，但其蒸发速率低、抗盐性差、机械性能弱等问题仍是一个难题。在此，我们开发了新型 Janus 大孔聚电解质 (PSB)（聚二甲基硅氧烷@聚丙烯酸钠@纤维素@壳聚糖@炭黑）水凝胶作为太阳能海水淡化的高性能界面蒸发器。PSB 水凝胶具有 3.62 kg m-2h−1 的高蒸发速率、持久的抗盐性（在 10 wt% 盐浓度下蒸发速率为 3.35 kg m-2h−1）、优异的机械性能（弯曲、压缩和折叠）和显著的操作稳定性（连续蒸发 8 小时无盐结晶）。这些优异的性能与以下优点密切相关：1）大孔聚丙烯酸钠聚电解质可以赋予水凝胶快速的水传输速率、低的等效蒸发焓、高的蒸发速率和良好的机械柔韧性。2）具有疏水顶部和亲水底部的Janus工程可以促进盐回流并防止盐结晶，这对于持久蒸发和抗盐性能非常重要。Janus大孔聚电解质水凝胶在太阳能海水淡化领域显示出良好的应用前景。
图1是制备与表征。（a）PSB水凝胶的制备示意图。（b-c）PSB水凝胶的SEM图像。（d）PSB水凝胶的接触角。（e）具有不同ABC和BCS质量比的CAB水凝胶骨架的FT-IR光谱。（f）CSB水凝胶和PSB水凝胶的FT-IR光谱。（g）PSB的XPS测量光谱。
图2是光热测量。（a）不含 CB 的 CAB、CA3B1 和 PSB 水凝胶的 UV-Vis-NIR 光谱。（b）ESP 泡沫、干 CA3B1、干 PSB、湿 CA3B1、湿 PSB 和湿脱脂棉的热导率。（c）聚丙烯酸钠、CA3B1 和 PSB 水凝胶的饱和水含量。（d）照射 10 分钟后 CB、不含 CB 的 CAB、CA3B1 和 PSB 水凝胶的红外热成像。（e）在 1 kW/m-2(−|-) 照射 10 分钟后 CB、不含 CB 的 CAB、CA3B1 和 PSB 水凝胶的表面温度变化。（f）在 1 kW/m-2(−|-) 照射 10 分钟后湿 PSB 水凝胶的表面温度变化。（g）光热蒸发界面处光热转换的示意图。
图3是蒸发测量。（a）纯水和不同质量比的ABC和BCS制备的CAB水凝胶骨架的质量变化。（b）不同质量比的ABC和BCS制备的CAB水凝胶骨架的蒸发速率。（c）纯水和不同质量比的ABC和BCS制备的CAB水凝胶骨架的暗蒸发速率和相应的等效蒸发焓。（d）水凝胶网络内结合水、中间水和自由水示意图。（e）纯水、聚丙烯酸钠、CA3B1和PSB水凝胶的暗蒸发速率和等效蒸发焓。（f）PSB水凝胶的拉曼光谱。
图4是抗盐性能测量。(a) PSB水凝胶在不同盐溶液中的质量变化。(b) PSB水凝胶在不同盐溶液中的蒸发速率。(c) PSB水凝胶在20 wt％盐溶液中的长期抗盐性能。(d) PSB水凝胶表面的盐溶解过程。(e) PSB水凝胶表面盐溶解过程示意图。(f) PSB水凝胶抗盐机理示意图。
图5是室外太阳能海水淡化测量。（a）PSB 水凝胶在真实海水中连续蒸发 7 天的蒸发速率。（b）室外太阳能海水淡化装置示意图。（c）不同时间和辐照度下 PSB 水凝胶在室外真实海水中的蒸发速率。（d）太阳能海水淡化前后 Na+、K+、Ca2+ 和 Mg2+ 的浓度变化。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.159009
引用：Liu, Xinye, et al. "Janus macroporous polyelectrolyte hydrogels towords excellent solar desalination." Chemical Engineering Journal (2024): 159009.
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