本期分享发表在Surfaces and Interfaces杂志上题目为“Fe3O4 nanoparticles based dual network microporous hydrogel evaporator for efficient solar water purification”的研究文章。
Part 1 文章简介
为缓解经济社会快速发展中水资源和能源短缺的压力，海水淡化和废水净化成为重要的研究领域。创新的太阳能界面蒸发海水淡化技术以其清洁无污染的特点引起了广泛关注。但该技术面临着在蒸发器的高蒸发速率和坚固的机械性能之间取得平衡的挑战。因此，我们设计了一种双网络水凝胶蒸发器。该蒸发器在紫外、可见光和近红外区域的平均吸收率为98.80％，覆盖了250至2500nm的宽波长范围。得益于其优异的光吸收性能，蒸发器在一个太阳强度下保持约3 kg·m⁻²·h⁻¹的稳定蒸发速率，效率高达98.57％。在实际海水测试中，净化后的水中常规盐离子浓度比初始水平降低了2-3个数量级，均符合WHO饮用水标准。该研究有望为复杂环境下太阳能水净化开辟新途径。
图1是双交联网络水凝胶的制备及其蒸发系统的设计。(a)SA、AM、MBAA、APS、TEMED的化学式。(b)双交联网络水凝胶的反应机理图。(c)太阳能蒸发净水系统示意图。(d)双交联网络水凝胶的制备流程图。
图2是SA-PAM-Fe3O4水凝胶的微观结构及能谱元素分析。(a-c)不同微观尺度下SA-PAM-Fe3O4水凝胶的局部照片及孔径分析。(d-i)原始能谱分布图及C、N、O、Ca、Fe元素分布的能谱图。
图3是水凝胶表征测试和水传输测试数据图。（a）PAM、SA-PAM、SA-PAM-Fe3O4水凝胶的FTIR图像。（b）纳米Fe3O4含量为0.01g、0.05g、0.10g和0.15g的SA-PAM-Fe3O4水凝胶的光吸收率。（c）PAM、SA-PAM、PAM-Fe3O4、SA-PAM-Fe3O4水凝胶的饱和水含量。（d）PAM、SA-PAM、PAM-Fe3O4、SA-PAM-Fe3O4水凝胶从干燥状态到饱和状态的膨胀行为和相应的水传输速率。
图4是SA-PAM-Fe3O4水凝胶太阳能蒸发器的光热性能数据。（a）PAM水凝胶、SA-PAM水凝胶、PAM-Fe3O4水凝胶、SA-PAM-Fe3O4水凝胶的光吸收率。（b）PAM水凝胶、SA-PAM水凝胶、PAM-Fe3O4水凝胶、SA-PAM-Fe3O4水凝胶的蒸发速率直方图。（c）PAM水凝胶、SA-PAM水凝胶、PAM-Fe3O4水凝胶、SA-PAM-Fe3O4水凝胶在光照和光照关闭过程中的温度变化曲线。（d）（e）不同光照强度下PAM水凝胶、SA-PAM水凝胶、PAM-Fe3O4水凝胶、SA-PAM-Fe3O4水凝胶的质量变化曲线。 （f）不同光照强度下PAM水凝胶、SA-PAM水凝胶、PAM-Fe3O4水凝胶、SA-PAM-Fe3O4水凝胶的温度变化曲线。（g）不同光照强度下PAM水凝胶、SA-PAM水凝胶、PAM-Fe3O4水凝胶、SA-PAM-Fe3O4水凝胶的蒸发速率直方图。（h）去离子水、PAM水凝胶、SA-PAM水凝胶、PAM-Fe3O4水凝胶、SA-PAM-Fe3O4水凝胶的暗蒸发速率。（i）去离子水、PAM水凝胶、SA-PAM水凝胶、PAM-Fe3O4水凝胶、SA-PAM-Fe3O4水凝胶的等效蒸发焓。
图5是0.5倍太阳强度、0.75倍太阳强度、1.0倍太阳强度、1.5倍太阳强度下0min、10min、30min、60min的太阳能蒸发器红外图像。（图中标注的温度代表P1点的温度）。
图6是SA-PAM-Fe3O4水凝胶太阳能蒸发器宏观形貌及力学性能照片、净化能力测试装置实物、净化前后四种主要离子及重金属离子数据。（a）SA-PAM-Fe3O4水凝胶及其形貌。（b）SA-PAM-Fe3O4水凝胶太阳能蒸发器。（c）物理净化能力测试装置。（d）（e）（f）SA-PAM-Fe3O4水凝胶太阳能蒸发器的拉伸、扭转和弯曲照片。（g）四种主要离子净化前后数据。（h）含罗丹明溶液的废水样品太阳能净化前后紫外可见吸收与成像。（i）含亚甲蓝溶液的废水样品太阳能净化前后紫外可见吸收与成像。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.surfin.2024.105659
引用：Liu, Guiqun, Boyu Zhang, and Xiaoli Zhang. "Fe3O4 nanoparticles based dual network microporous hydrogel evaporator for efficient solar water purification." Surfaces and Interfaces (2024): 105659.
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