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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(shí)間:2023-11-09 09:51:28 瀏覽:1522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(xué)、斯德哥爾摩大學(xué)

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(nèi)持續(xù)增長,最近的太陽能界面系統(tǒng)已經(jīng)成為一種可持續(xù)、高效和CO2中性的生產(chǎn)清潔水的方法。然而,地表水中復(fù)雜的污染物伴隨著環(huán)境污染,通過以前的策略收集清潔水出現(xiàn)了巨大的障礙?;诖耍?/span>清華大學(xué)曲良體教授和程虎虎助理研究員、瑞典斯德哥爾摩大學(xué)袁家寅教授等人報(bào)道了一種太陽能石墨烯/海藻酸鹽水凝膠(graphene/alginate hydrogel, GAH)為基礎(chǔ)的清潔水萃取器,能夠抵抗復(fù)雜污染物的輸送并具有超強(qiáng)的防污能力。將GAH與高密度內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和仿生表面工程結(jié)合,在太陽能純水提取中表現(xiàn)出高選擇性,對含有復(fù)雜污染物的地表水具有多重有效的防污能力。


文章要點(diǎn)



1、對揮發(fā)性有機(jī)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(wǎng)絡(luò)形成足夠的氫鍵以結(jié)合狀態(tài)傳輸?shù)牟煌芰ΑMㄟ^在GAH和受污染的地表水之間建立高滲透壓差來實(shí)現(xiàn)離子的排斥,在魚鱗型石墨烯微納米結(jié)構(gòu)表面上,入射光的結(jié)構(gòu)捕獲增強(qiáng)了太陽能熱轉(zhuǎn)換能力,基于親水微納結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)Cassie接觸的超疏油功能實(shí)現(xiàn)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(xì)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(fù)雜條件下具有理想的防污能力,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過已報(bào)道的結(jié)果。本研究對于推廣太陽能清潔集水技術(shù),解決水環(huán)境污染問題具有重要價(jià)值。


圖文展示



 

圖1. GAH在清潔水生產(chǎn)中的優(yōu)點(diǎn)示意圖

 

圖2. GAH的制備與表征

 

圖3. GAH-3中的束縛水狀態(tài)

 

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(qiáng)防污性能

 

圖6. GAH的離子抑制機(jī)制和實(shí)際性能

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全部 3小時(shí)前 四川
文字是人類用符號記錄表達(dá)信息以傳之久遠(yuǎn)的方式和工具?,F(xiàn)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(chǎn)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(xiàn)了國家和民族的書面表達(dá)的方式和思維不同。文字使人類進(jìn)入有歷史記錄的文明社會(huì)。
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