Robust Bioinspired Microcellular and Micro-Nanochannel Photothermal Aerogels for High-Efficiency Atmospheric Water Harvesting

材料科学 水分 相对湿度 水蒸气 湿度 露水 水运 光热治疗 气凝胶 化学工程 含水量 纳米技术 水处理 环境科学 向日葵
作者
Chang Jian Gao,Dongdong Yu,Lingmei Zhu,Huijie Wei,Lei Zhang,Maolin Zhou,Tiance Zhang,Boyang Tian,Jianhua Wang,Yongping Hou,Yongmei Zheng
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (45): 39292-39302 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c13149
摘要

A strategy for atmospheric water harvesting to address the global shortage of freshwater has received much more attention in recent years. Here, we design a robust microcellular and micro-nanochannel photothermal aerogel (MMPA) for atmospheric water harvesting, inspired by the xylem of conifers, which is realized by directional freeze-drying and the Ca 2+ ion cross-linking technique. MMPA can be designed by using hollow MIL-101 (Cr), cellulose acetate nanofibers, sodium alginate, and polypyrrole. Such a MMPA is endowed with a water harvesting effect due to the high specific surface area that resulted from microcellular and micro-nanochannels with water molecule hydrophilic sites for capturing moisture from air. The MMPA realizes a water uptake capacity, e.g., ∼0.73 g g –1 at 40% relative humidity (RH). MMPA can be increased to ∼85 °C after 5 min under 1 sun (1 kW m –2 ) illumination for a water release effect, e.g., water release reaches ∼75% under 1 sun irradiation for 40 min. MMPA can keep the stability of water uptake–release over 50 cycles. In 1 day outdoors, the total water uptake achieves up to ∼7.84 L kg –1 day –1, along with the 9 cycles of uptake–release, accordingly, achieving a water harvesting ability of ∼5.49 L kg –1 day –1 under natural light irradiation. This study offers an insight into the design of materials, which can be extended for water harvesting applications.
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