One-step synthesis of Enteromorpha graphene aerogel modified by hydrophilic polyethylene glycol achieving high evaporation efficiency and pollutant tolerance

气凝胶 石墨烯 聚乙二醇 蒸发 材料科学 化学工程 海水淡化 化学 纳米技术 生物化学 热力学 物理 工程类
作者
Tengfei Ma,Yan Kong,Haibao Liu,Xing Xu,Qinyan Yue,Baoyu Gao,Yue Gao
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:633: 628-639 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.11.145
摘要

Photothermal evaporation using solar energy is a sustainable way to produce fresh water from seawater. Aiming to explore functional materials as a solar-energized evaporator with enhanced evaporation rate and pollutant tolerance, this study was to synthesize a self-floating composite graphene aerogel (GA) doped with Enteromorpha and modified polyethylene glycol (PEG), named as PEGA using solar energy for desalination. Physio-chemical properties and evaporative mechanism of PEGA were experimentally investigated and analyzed with respect to molecular weight, PEG dosage, and ratio of Enteromorpha and graphene oxide. Experimental data revealed that the modification of PEG improved hydrophilic functional ability of PEGA, resulting in increasing the evaporation rate and photothermal conversion efficiency up to 2.55 kg/(m2·h) and 105.71 %, respectively. The ion removal rate of seawater exceeds 99.99 % via the PEGA conducted solar evaporation. Furthermore, PEGA possessed an excellent property of salinity emulsion pollution tolerance. Particularly, the evaporation rate of the PEG-modified biomass-based aerogel was 2.84 kg/(m2·h) in a 15 wt% NaCl solution (1 sun, 6 h) and 2.50 kg/(m2·h) at 1 h. The formation of hydrogen bonds between -OH of PEG and water molecules assist to conduct water along the graphene matrix to improve water evaporation. The cost of the graphene aerogel modified by Enteromorpha was reduced by 38.88 % less than the original graphene aerogel. The results from this study will greatly promote the application of graphene aerogel for desalination via solar evaporation.
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