All-weather-available down carbon fiber hydrogel with enhanced mechanical properties for simultaneous efficient clean water generation and dye adsorption from dye wastewater

吸附 聚乙烯醇 气凝胶 化学工程 废水 复合数 材料科学 自愈水凝胶 多孔性 化学 复合材料 环境工程 高分子化学 有机化学 环境科学 工程类
作者
Zhenzhen Xu,Qinqin Yang,Xianhong Zheng,Xinhua Liu,Jianghui Zhao,Soon Huat Tan,Zhi Liu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:669: 864-876 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.05.058
摘要

Solar-driven photothermal conversion can produce clean water from dye wastewater while leaving the dye in the evaporation medium. Herein, a biomass-based composite hydrogel via down-fiber carbon (DFC) aerogel modified with chitosan-polyvinyl alcohol (CS-PVA) hydrogel was designed to address the aforementioned problem. The CS-PVA@DFC hydrogel integrated the capacity of simultaneous clean water production/dye adsorption during the day and continuous dye adsorption during the night. Furthermore, the modification of the CS-PVA hydrogel endowed the composite hydrogel with enhanced compression stress of 190.07 kPa (76.03 times that of DFC aerogel of 2.50 kPa) and impressive resilient recovery. Moreover, the CS-PVA@DFC hydrogel possessed solar light absorption of 99.56 % and strengthened water replenishment capacity due to the high porosity and CS-PVA hydrophilic network structure. The CS-PVA@DFC hydrogel demonstrated a stable, high evaporation rate of 2.34 kg·m−2·h−1 and simultaneous dye adsorption capacity of 70.39 % for treating methyl orange dye solution within 5 h. Additionally, the 24-h outdoor test showed that the CS-PVA@DFC hydrogel possessed excellent clean water production capacity during the daytime (reaching 4.17 kg·m−2·h−1 at 1:00p.m.) and continuous satisfactory dye adsorption capacity all day (89.68 %). These findings will inspire researchers seeking opportunities to improve the mechanical properties of aerogel and its application for treating wastewater, especially wastewater with harmful dyes.
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