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100%選擇性丨曲良體&袁家寅&程虎虎Nature Water:多功能太陽能集水器
來源: 時間:2023-11-09 09:51:28 瀏覽:1467次


 第一作者:Xuanzhang Hao

通訊作者:曲良體教授、程虎虎助理研究員、袁家寅教授

通訊單位:清華大學、斯德哥爾摩大學

DOI: https://doi.org/10.1038/s44221-023-00152-y


研究背景



清潔水的短缺在世界范圍內持續增長,最近的太陽能界面系統已經成為一種可持續、高效和CO2中性的生產清潔水的方法。然而,地表水中復雜的污染物伴隨著環境污染,通過以前的策略收集清潔水出現了巨大的障礙。基于此,清華大學曲良體教授和程虎虎助理研究員、瑞典斯德哥爾摩大學袁家寅教授等人報道了一種太陽能石墨烯/海藻酸鹽水凝膠(graphene/alginate hydrogel, GAH)為基礎的清潔水萃取器,能夠抵抗復雜污染物的輸送并具有超強的防污能力。將GAH與高密度內部結構設計和仿生表面工程結合,在太陽能純水提取中表現出高選擇性,對含有復雜污染物的地表水具有多重有效的防污能力。


文章要點



1、對揮發性有機化合物(VOCs)的高選擇性水傳輸源于缺乏大量本體水,以及水和污染物分子通過與GAH中的聚合物網絡形成足夠的氫鍵以結合狀態傳輸的不同能力。通過在GAH和受污染的地表水之間建立高滲透壓差來實現離子的排斥,在魚鱗型石墨烯微納米結構表面上,入射光的結構捕獲增強了太陽能熱轉換能力,基于親水微納結構誘導Cassie接觸的超疏油功能實現了水下防油污功能,暴露的還原氧化石墨烯(rGO)納米片獲得了表面抗生作用。

2、該GAH通過排斥超過99.5%的VOCs,99.3%的離子(Na+、Mg2+、K+和Ca2+)和100%的NOCs和細菌,從受污染的地表水中獲得清潔水。此外,GAH的浸沒油接觸角超過140°,具有抗油附著力,對海水的表面抗菌效果接近100%,離子截留率為94.9%,在復雜條件下具有理想的防污能力,遠遠超過已報道的結果。本研究對于推廣太陽能清潔集水技術,解決水環境污染問題具有重要價值。


圖文展示



 

圖1. GAH在清潔水生產中的優點示意圖

 

圖2. GAH的制備與表征

 

圖3. GAH-3中的束縛水狀態

 

圖4. GAH在清水選擇性收集中的性能

 

圖5. GAH在污水中的超強防污性能

 

圖6. GAH的離子抑制機制和實際性能

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全部 3小時前 四川
文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具。現代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產生書面文字,很多小語種,有語言但沒有文字。文字的不同體現了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
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