随着人口的增长和水污染的加重,全球淡水资源日益紧缺。大气集水技术(AWH)不受区域限制,可以为内陆和偏远地区分散式提供淡水资源,具有巨大的应用前景。AWH可以通过亲水界面收集雾滴、通过冷却技术收集露珠或者通过吸附剂捕获-释放水。雾滴和露水采集需要较高的相对湿度或大量的能量。基于吸附剂的AWH(SAWH)通过设计吸附剂材料的结构与组成,利用物理(微纳米结构)或者化学(极性基团、静电吸引)等与空气中自由的水分子相互作用,吸附或者吸收水,可以实现低湿度下(<30 RH %)高效集水。目前主要以吸水性高分子和高吸湿性无机盐复合来制备吸附剂。然而,吸水性高分子表面极性基团含量有限,在空气中难以直接吸收水分子,通常需要负载大量的无机盐,这导致复合吸附剂存在着集水效率低和无机盐易泄露等问题。提高吸水性高分子表面的极性基团含量,可提高吸附剂与水分子的相互作用,有助于解决SAWH的集水效率和安全稳定性等问题。
图5.SCNCPA based –EF在水果保鲜和空气湿度管理等方面的应用潜力
研究人员展示了一种基于聚电解质化的纤维素纳米晶和弹性织物复合的新型吸附剂SCNCPA based -EF,用于制备高性能AWH和空气湿度管理。先进的设计原理包括:(1)SCNCPA表面具有丰富的极性基团,包括?OH、?COOH、?OSO3H ~ 12 mmol g?1,这为其与水分子的强相互作用提供了强有力的支撑,有助于其快速捕获水分子;(2)吸水后SCNCPA形成的网络结构为内外水的输送提供了通道,有助于保持表面的不饱和性;(3)聚电解质SCNCPA表面含有COO?、Na+、Li+离子,提供较大的渗透压差,驱动表面水通过扩散向内部转移,导致SCNCPA层凝胶化并发生溶胀,从而储水。基于此,SCNCPA based -EF在低湿度(30% RH)环境中展现了出色的平衡吸水量和快速的吸水/解吸动力学,为高性能AWH装置的设计和应用提供了一种新型的吸附型基体材料。
原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.4c00121
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