上海应物所制备出多功能光热水凝胶
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中国科学院上海应用物理研究所利用高能射线辐照技术制备出多功能水凝胶,以用于光热驱动海水淡化和放射性废水净化。近日,相关研究成果以Multifunctional graphene/Ag hydrogel with antimicrobial and catalytic properties for efficient Solar-driven desalination and wastewater purification为题,发表在《化学工程杂志》(Chemical Engineering Journal)上。

开发高效的光热海水淡化和废水净化装置,对解决淡水短缺和废水处理等问题具有重要意义。为了获得更高蒸发效率,科学家致力于研究新型光热材料,并优化蒸发器的结构和性能。海水中的油污、有机染料、重金属污染、有害放射性污染和微生物等均对蒸发器的蒸发性能和使用寿命产生较大影响。因此,如何维持光热材料蒸发器在复杂环境中的高效蒸发和长期稳定性仍是难题。

该研究通过材料的结构和功能设计,采用一步辐射聚合与还原自组装法,原位合成了集高效光热蒸发性能、耐盐性、抗菌性、防污性和催化性于一体的聚丙烯酰胺基还原氧化石墨烯/银复合水凝胶多功能材料(ArG-Ag)。研究发现:在ArG-Ag中,亲水性聚丙烯酰胺交联网络提供优异的水蒸发通道,还原氧化石墨烯提供增强复合水凝胶结构强度的功能和优良的光热转换性能,银纳米颗粒与石墨烯的复合协同作用在提供优良的光热转换性能的同时提供了优异的耐生物污染性能;ArG-Ag蒸发速率达到3.089 kg m-2 h-1(一个标准太阳光强度),蒸发效率达到122.7%。ArG-Ag对大肠杆菌的24小时抑菌率达99%,并具有210天的长期防霉性能,可有效抵御海水的生物污染。ArG-Ag蒸发器在含油、含表面活性剂和含模拟放射性元素废水中依然保持优异的蒸发速率。研究显示,蒸发后的冷凝水中的各种模拟放射性元素含量降低,实现了废水净化的目标。

上述研究为合成和设计集高效蒸发性能、耐盐性、抗菌性、防污性和催化性于一体的多功能蒸发器提供了新策略。  

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147249

W020231129356949145175

辐照技术制备多功能复合水凝胶在高效海水淡化、抗菌防霉、放射性废水净化方面的应用示意图

来源:上海应用物理研究所