A biomimetic-inspired cross-scale hydrogel evaporator with synergetic light–heat–water–salt management for highly efficient and stable brine evaporation

卤水 材料科学 蒸发 盐水 蒸发器 化学工程 盐(化学) 纳米技术 环境工程 环境科学 化学 工程类 机械工程 有机化学 气象学 热交换器 物理
作者
Yifei Gong,Yiju Li,Junjie Chen,Yang Shu-kang,Y. Shao,Dequn Wu,Xueli Wang,Jianyong Yu,Tingting Gao,Faxue Li
出处
期刊:Materials horizons [Royal Society of Chemistry]
卷期号:12 (24): 10849-10863 被引量:6
标识
DOI:10.1039/d5mh01234a
摘要

Hydrogel-based solar-driven interfacial vapor generation is considered an effective method for freshwater production. However, traditional hydrogel evaporators suffer from weak mechanical strength and the trade-off between high evaporation rates and salt resistance, which limits their practical applications. Inspired by the unique water transport mechanism of natural reed, we construct a cellulose nanofiber-enhanced hydrogel evaporator with a hierarchical gradient pore structure. Microscale surface roughening design in hydrogel emulates leaf stomatal transpiration, enhancing light absorption while maintaining high vapor escape efficiency. Its bottom-to-top gradient pores enable rapid capillary-driven water transport and sustained interfacial supply, achieving efficient thermal-mass balanced evaporation. More importantly, the bilayered gradient hierarchical structure enables directional salt diffusion back to bulk water, effectively preventing salt crystallization. As a result, the hydrogel evaporator achieves an optimal evaporation rate of 2.61 kg m-2 h-1 under 1 sun. In a 20 wt% NaCl solution, a stable evaporation rate can be maintained without salt deposition. Moreover, the hydrogel evaporator is able to remove more than 99% of the primary metal ions from seawater and almost completely remove the dye ions from the dye solution. This work demonstrates a promising application in seawater desalination and dyeing wastewater treatment.
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