Polyelectrolyte-based photothermal hydrogel with low evaporation enthalpy for solar-driven salt-tolerant desalination

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作者
Congcong Li,Bo Zhu,Zixiao Liu,Jiangtong Zhao,Ruru Meng,Lisha Zhang,Zhigang Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:431: 134224-134224 被引量:228
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.134224
摘要

Photothermal membranes have been widely developed for solar seawater desalination, but their practical applications are limited by high evaporation enthalpy and solid-salt crystallization. To solve this problem, we prepared an anionic polyelectrolyte-based hydrogel (APH) as an “all-in-one” evaporator, possessing both photothermal property (to evaporate seawater) and electrostatic repulsion (to avoid solid-salt crystallization). The APH was prepared by freeze-thaw method, and it was composed of poly(vinyl alcohol) as framework and poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(sodium-p-styrenesulfonate) as solar absorber. The fabricated material showed porous structure with solar absorption efficiency of 95.5% in 380–2500 nm. After soaking by water, the APH exhibited an evaporation enthalpy as low as 1624.14 kJ kg−1 with a high intermediate/free water ratio of 2.27:1, deriving from the interfacial electrostatic effect of SO3− and large amount of OH– from poly(vinyl alcohol) frame. Under the irradiation of simulated sunlight (1.0 kW m−2), the APH showed a high evaporation rate of 2.5 kg m−2 h−1 and its solar evaporation efficiency reached 90.7%. Importantly, the SO3− groups can efficiently separate anions (such as Cl−) from cations (such as Na+ and Mg2+) in the evaporator, avoiding the formation of solid-salt crystals. The excellent evaporation performance and salt tolerance of APH confer broad practical prospects for solar-driven seawater desalination.
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