Enhanced uranium extraction using a nanostructured photothermal hydrogel membrane

吸附 蒸发器 材料科学 蒸发 化学工程 化学 冶金 有机化学 工程类 热力学 热交换器 物理
作者
Zhipeng Liu,Kai Feng,Xinle Zhang,Linhui Fu,Jiaxin Ren,Rui Gao,Shihao Ding,Wenqian Xing,Yiwen Li,Jiaji Cheng,Qiang Li,Jiangfeng Gong,Ran Niu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:498: 155423-155423 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.155423
摘要

Uranium is the basic resource in nuclear energy and a sword of two sides. The accidental release of radioactive uranium to the environment may cause serious impact on the environment and living creatures. Herein, a nanostructured hydrogel-based solar evaporator with in-situ formed nanostructures is designed for simultaneous solar evaporation and uranium extraction from polluted water. To be specific, poly(acrylic acid) and gelatin with embedded carbon black nanoparticles coated on a cotton cloth self-assemble into nanostructures via salting-out and acid treatment to reduce the light reflectivity and enhance the specific surface area for uranium adsorption. Numerical simulation confirms that the evaporation-induced flow accelerates the diffusion of uranyl ions towards the adsorbent. Under solar irradiation of 1 kW m−2 a maximum uranium adsorption capacity of 443.2 ± 18.1 mg g−1 is achieved in 20 ppm uranium-spiked water, meanwhile a high solar evaporation rate of 3.75 kg m−2 h−1 is reached, hence, the solar evaporator is ranked among the most powerful adsorbents/evaporators. This work provides a cost-effective and scalable approach for dealing with uranium-polluted water.
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