Biomass-Derived Gradient and Aligned Structured Aerogel for Sustainable Agricultural Irrigation

气凝胶 生物量(生态学) 蒸发 环境科学 材料科学 太阳能 可再生能源 纳米技术 生态学 工程类 电气工程 生物 物理 热力学
作者
Lanyue Zhang,Zhanhong Yuan,Xiaotong Fu,Shiang Shi,Xiang Chen,Pan Chen,Dongdong Ye
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:25 (13): 5383-5390 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c00520
摘要

Interface evaporation-driven hydroelectric systems integrating water purification and energy collection offer the potential for sustainable agricultural irrigation. However, achieving high evaporation rates and efficient energy harvesting poses challenges, particularly in optimizing evaporation and water transport. This study develops a gradient-aligned structured aerogel (GA aerogel), composed of biomass materials such as cellulose and chitosan, which utilizes efficient water transport through aligned cellulose channels, unique ion management in nanoscale channels, and chitosan's ability to reduce evaporation energy consumption, thereby enhancing water and energy harvesting performance. The GA aerogel achieves a solar absorption rate of 91.4%, an evaporation rate of 2.5 kg m-2 h-1, an output power of 680 nW cm-2, and stable operation for over 120 h. Furthermore, by integrating a series array with capacitive energy storage, the system utilizes harvested electrical energy to irrigate plants with purified water, promoting sustainable agriculture and providing insights for designing biomass-based solar evaporators.
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