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江南大學(xué)付少海/福州大學(xué)賴躍坤Matter:制備具有可控水釋放能力的親/疏水核殼氣凝膠用于大氣水/電聯(lián)產(chǎn)
  發(fā)布日期:2023-08-23

近日,江南大學(xué)付少海教授/福州大學(xué)賴躍坤教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種基于親/疏水核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠的大氣水收集材料(Core-Shell@CNF)。2023年8月11日,該研究成果以“Bio-inspired core-shell structural aerogel with programmable water release capacity for efficient solar thermoelectricity-freshwater cogeneration”為題發(fā)表在Matter期刊上,第一作者為江南大學(xué)博士生余治華,通訊作者為江南大學(xué)付少海教授、福州大學(xué)賴躍坤教授。

水資源短缺給人類的生產(chǎn)帶來了巨大挑戰(zhàn),預(yù)計(jì)到2050年,全球缺水人數(shù)將達(dá)到50億。相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)表明,空氣中的水氣資源含量約為12,900立方千米。因此,大氣水收集技術(shù)受到研究人員的廣泛關(guān)注,特別是對(duì)于干旱沙漠或少雨地區(qū),大氣水收集成為捕獲淡水的有效方法之一。目前,將吸濕鹽負(fù)載在多孔基質(zhì)內(nèi)部的大氣水收集材料取得了一些進(jìn)展。然而,多孔基質(zhì)內(nèi)部孔道的容積有限,隨著吸濕時(shí)間的增加,其內(nèi)部所捕獲的液態(tài)水易發(fā)生滲漏,并帶走一部分吸濕鹽,從而導(dǎo)致樣品的吸濕能力下降。

在此,江南大學(xué)付少海教授/福州大學(xué)賴躍坤教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種基于親/疏水核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠的大氣水收集材料(Core-Shell@CNF)。該材料由負(fù)載炭黑的多孔疏水殼層以及負(fù)載吸濕鹽氯化鋰的親水核層組成。在大氣水收集過程中,氣凝膠的吸濕核層可以從空氣中直接吸收水分子,而疏水殼層可以在傳輸水分子的同時(shí)阻止內(nèi)部核層所捕獲到的液態(tài)水的滲漏。

值得注意的是,氣凝膠外層的多孔疏水殼層的孔徑大小應(yīng)該在一個(gè)范圍內(nèi)。當(dāng)孔徑過小的情況下,水分子難以透過疏水殼層,其最小孔徑與水分子的平均自由程相關(guān),約57nm。而當(dāng)孔徑過大的情況下,其內(nèi)部的液態(tài)水容易發(fā)生滲漏,其最大孔徑與內(nèi)部水溶液的靜水壓及表面張力相關(guān),在外部殼層的接觸角為120°的情況下,其最大孔徑約為1490μm。

此外,為了充分利用太陽光照所產(chǎn)生的余熱,將Core-Shell@CNF與商用熱電發(fā)電機(jī)相結(jié)合,能在大氣水生產(chǎn)的同時(shí),產(chǎn)生~18.12V/m2的電壓。

相關(guān)論文信息:

https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.07.015

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