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    上海應物所制備出多功能光熱水凝膠

    研發快訊 2023年11月29日 13:44:00來源:上海應用物理研究所 10503
    摘要開發高效的光熱海水淡化和廢水凈化裝置,對解決淡水短缺和廢水處理等問題具有重要意義。為了獲得更高蒸發效率,科學家致力于研究新型光熱材料,并優化蒸發器的結構和性能。

      【儀表網 研發快訊】中國科學院上海應用物理研究所利用高能射線輻照技術制備出多功能水凝膠,以用于光熱驅動海水淡化和放射性廢水凈化。近日,相關研究成果以Multifunctional graphene/Ag hydrogel with antimicrobial and catalytic properties for efficient Solar-driven desalination and wastewater purification為題,發表在《化學工程雜志》(Chemical Engineering Journal)上。
     
      開發高效的光熱海水淡化和廢水凈化裝置,對解決淡水短缺和廢水處理等問題具有重要意義。為了獲得更高蒸發效率,科學家致力于研究新型光熱材料,并優化蒸發器的結構和性能。海水中的油污、有機染料、重金屬污染、有害放射性污染和微生物等均對蒸發器的蒸發性能和使用壽命產生較大影響。因此,如何維持光熱材料蒸發器在復雜環境中的高效蒸發和長期穩定性仍是難題。
     
      該研究通過材料的結構和功能設計,采用一步輻射聚合與還原自組裝法,原位合成了集高效光熱蒸發性能、耐鹽性、抗菌性、防污性和催化性于一體的聚丙烯酰胺基還原氧化石墨烯/銀復合水凝膠多功能材料(ArG-Ag)。研究發現:在ArG-Ag中,親水性聚丙烯酰胺交聯網絡提供優異的水蒸發通道,還原氧化石墨烯提供增強復合水凝膠結構強度的功能和優良的光熱轉換性能,銀納米顆粒與石墨烯的復合協同作用在提供優良的光熱轉換性能的同時提供了優異的耐生物污染性能;ArG-Ag蒸發速率達到3.089 kg m-2 h-1(一個標準太陽光強度),蒸發效率達到122.7%。ArG-Ag對大腸桿菌的24小時抑菌率達99%,并具有210天的長期防霉性能,可有效抵御海水的生物污染。ArG-Ag蒸發器在含油、含表面活性劑和含模擬放射性元素廢水中依然保持優異的蒸發速率。研究顯示,蒸發后的冷凝水中的各種模擬放射性元素含量降低,實現了廢水凈化的目標。
     
      上述研究為合成和設計集高效蒸發性能、耐鹽性、抗菌性、防污性和催化性于一體的多功能蒸發器提供了新策略。
     
      輻照技術制備多功能復合水凝膠在高效海水淡化、抗菌防霉、放射性廢水凈化方面的應用示意圖

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