Photothermal Aerogel Beads Based on Polysaccharides: Controlled Fabrication and Hybrid Applications in Solar-Powered Interfacial Evaporation, Water Remediation, and Soil Enrichment

气凝胶 材料科学 化学工程 吸附 环境修复 蒸发 制作 纳米技术 有机化学 化学 医学 生物 热力学 污染 物理 工程类 病理 替代医学 生态学
作者
Jingjing Li,Na Li,Xiaochun Wu,Shuxue Wang,Shuai Li,Cui Guo,Liang Yu,Zhihang Wang,Petri Murto,Xiaofeng Xu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (44): 50266-50279 被引量:46
标识
DOI:10.1021/acsami.2c16634
摘要

Solar-powered interfacial evaporation has emerged as an innovative and sustainable technology for clean water production. However, the rapid, mass and shape-controlled fabrication of three-dimensional (3D) steam generators (SGs) for versatile hybrid applications remains challenging. Herein, composite aerogel beads with self-contained properties (i.e., hydrophilic, porous, photothermal, and durable) are developed and demonstrated for threefold hybrid applications including efficient solar-powered interfacial evaporation, water remediation, and controlled soil enrichment. The rational incorporation of selected polysaccharides enables us to fabricate bead-like aerogels with rapid gelation, continuous processing, and enhanced ion adsorption. The composite beads can attain a high water evaporation rate of 1.62 kg m–2 h–1 under 1 sun. Meanwhile, high phosphate adsorption capacity of over 120 mg g–1 is achieved in broad pH (2.5–12.4) and concentration (200–1000 mg L–1) ranges of phosphate solutions. Gratifyingly, we demonstrate the first example of recycling biomaterials from interfacial SGs for controlled nutrient release, soil enrichment, and sustainable agriculture. The phosphate-saturated beads can be gradually broken down in the soil. Macronutrients (N, P, and K) can be slowly released in 50 days, sustaining the plant germination and growth in a whole growth stage. This work shines light on the mass and controlled fabrication of aerogel beads based on double-network biopolymers, not merely scaling up solar-powered interfacial evaporation but also considering water remediation, waste material disposal, and value-added conversion.
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