Anisotropic Biomass Microfluidics via Directed Moisture Transport and Enhanced Water‐Binding Capacity for High‐Yield Solar‐driven Atmospheric Water Harvesting

材料科学 水分 化学工程 水蒸气 曲折 微流控 吸附 气凝胶 解吸 各向异性 纳米技术 多孔性 蒸发 水运 生物量(生态学) 体积流量 流体学 热的 含水量 扩散 成核 相对湿度 多孔介质 聚二甲基硅氧烷 纳米材料 复合材料 产量(工程) 传热 工作(物理)
作者
Lvfei Zhang,Tao Yang,Yao Niu,Xingtao Xu,Mohamed H. Helal,Mahmoud M. Hessien,Yanbin Qiu,Yangfan Zhong,Leqi Shen,Xinwu Ji,Meng An,Zeinhom M. El‐Bahy,Jia‐Han Zhang,Yingtang Zhou,Zhengtong Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (11): e22241-e22241 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adma.202522241
摘要

ABSTRACT Solar‐driven adsorption–desorption‐based atmospheric water harvesting (AD‐AWH) presents a promising strategy for sustainable freshwater production. However, conventional hygroscopic materials typically feature disordered internal architectures, severely hindering vapor diffusion and heat transfer. These structural limitations constrain adsorption kinetics and elevate the energy demand for desorption. Here, we report a biomass‐based hygroscopic aerogel (BHA) with vertically aligned microfluidic channels, fabricated via directional freeze‐drying. This anisotropic architecture enables directed vertical moisture transport combined with radial diffusion into secondary pores, effectively reducing vapor transport tortuosity while simultaneously increasing water‐binding capacity. As a result, the BHA achieves a high‐water uptake of 3.18 g g −1 at 80% RH and a rapid adsorption rate of 0.25 g g −1 within 6 h at 30% RH. Upon surface modification with a photothermal ink, the evaporation rate increases to 2.89 kg m −2 h −1 , and the desorption ratio reaches 76.63% under one sun irradiation. Outdoor field tests confirm a high daily water yield of 1.51 L m −2 day −1 . Furthermore, the incorporation of montmorillonite significantly reinforces the mechanical robustness of the aerogel. This work presents a structurally engineered strategy for optimizing internal fluidic and thermal dynamics in hygroscopic materials, offering a scalable and energy‐efficient pathway for AD‐AWH in water‐stressed regions.
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