Microfluidic fiber-spinning chemistry for hydrophilic-hydrophobic Janus membranes towards efficient interfacial solar evaporation

杰纳斯 纺纱 蒸发 微流控 化学工程 高分子科学 化学 纤维 纳米技术 材料科学 高分子化学 有机化学 生物化学 热力学 物理 工程类
作者
Li Yin,Kebing Chen,Liangliang Zhu,Qing Li,Su Chen
出处
期刊:Nanoscale horizons [The Royal Society of Chemistry]
标识
DOI:10.1039/d5nh00186b
摘要

Janus nanofiber membrane has emerged as a promising solar-driven interfacial evaporator for seawater desalination. However, salt ion accumulation and crystallization persist during long-term operation, which remains a key challenge. In this work, we report a hydrophilic-hydrophobic Janus nanofiber membrane evaporator, which is prepared via continuous microfluidic electrospinning. This method allows in situ chemical reaction of tannin (TA) and Fe3+ to be carried out in a "Y" chip during the spinning process, enabling rapid, facile, and flexible fabrication of the nanofiber membrane. TA is rich in hydroxyl groups, which endows the bottom layer with hydrophilicity and electronegativity, thereby enhancing the water transport and Donnan effect. Thus, a high evaporation rate of 1.73 kg m-2 h-1 in pure water is achieved. More importantly, long-term stability in seawater desalination is realized with an evaporation rate of 1.68 kg m-2 h-1, and there is no salt crystallization on the surface during continuous evaporation for 8 hours in 10 wt% NaCl solution. On the one hand, the bottom layer shows electronegativity, which is liable to immobilize cations Na+ and repel anions Cl-, achieving the purpose of salt resistance. On the other hand, the Janus structure also favors the redissolution of concentrated salts into raw water, further avoiding salt accumulation. This work offers a promising common strategy for constructing high-performance Janus evaporator, which will stimulate the development of seawater desalination.
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