Integrating Salt-Incorporated Hydrogel into a 3D-Printed Gyroid for Atmospheric Water Harvesting and Humidification

小旋翼机 材料科学 3d打印 盐(化学) 纳米技术 化学工程 复合材料 有机化学 聚合物 共聚物 生物医学工程 医学 工程类 化学
作者
Weilin Liu,Xin Xu,Shixiang Zhou,Xian Tongfeng,Zhicheng Wei,Jun Ding
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.5c12191
摘要

Atmospheric water harvesting (AWH) technology, which extracts moisture from ambient air, is a promising solution to global water shortages. Salt-based sorbents are promising for AWH due to their high water uptake capacity. However, these materials require substantial atmospheric exposure for high sorption/desorption kinetics, limiting space efficiency while also suffering from poor stability and high energy demands for water desorption. Herein, a LiCl-incorporated PHEA/PEGDA composite (LiCl-HG) was developed via 3D printing to achieve high exposure with minimal space occupation, enabling efficient moisture capture and water storage. The gyroid composite achieves a water uptake of 6.0 g g-1 under 70% relative humidity (RH), with low desorption energy (1472 kJ kg-1) and a high desorption rate (1984 × 10-6 kg m-2 s-1 at 60 °C). Leveraging its superior performance, a dry cabinet was designed that can maintain the relative humidity at 5% while reducing the energy consumption by 30%. Additionally, AWH tests for the 3D-printed composite highlighted the water production rate up to 9.06 kg kg-1 day-1. A humidifier was further developed to improve energy efficiency, cutting humidification energy use by 50%. These findings offer a promising pathway for the synthesis of materials with high efficiency in miniaturized and integrated AWH and humidification systems.
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