Salting-in Effect of Zwitterionic Polymer Hydrogel Facilitates Atmospheric Water Harvesting

吸附剂 吸附 化学工程 盐(化学) 复合数 高氯酸铵 腌制 材料科学 盐析 阳离子聚合 吸附 化学 高分子化学 复合材料 有机化学 水溶液 工程类 食品科学
作者
Sara Aleid,Mengchun Wu,Renyuan Li,Wenbin Wang,Chenlin Zhang,Lianbin Zhang,Peng Wang
出处
期刊:ACS materials letters [American Chemical Society]
卷期号:4 (3): 511-520 被引量:98
标识
DOI:10.1021/acsmaterialslett.1c00723
摘要

Hygroscopic salt-hydrogel composite sorbents have attracted increasing attention for atmospheric water harvesting (AWH) applications but suffer from the salting-out effect. To this end, this work, for the first time, discovers that the salting-in effect possessed by a zwitterionic hydrogel is able to facilitate water vapor sorption by the hygroscopic salt under otherwise the same conditions. For demonstration, zwitterionic hydrogel of poly-[2-(methacryloyloxy)ethyl]dimethyl-(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide (PDMAPS) was synthesized, and the hygroscopic salt of LiCl was embedded into PDMAPS to produce the salt-hydrogel composite. LiCl salt not only endows the sorbent with high water vapor sorption capacity but also facilitates the dissociation of self-association between cationic and anionic groups of PDMAPS. This salting-in effect was evaluated and confirmed experimentally and via density functional theory (DFT) calculation. The salting-in effect renders the zwitterionic hydrogel matrix with enhanced swelling capacity, leading to the sorbent’s high AWH performance. With a photothermal component of CNT integrated into the sorbent, a fully solar energy-driven AWH process was demonstrated outdoors. This study provides important guidance to the design of hydrogel-based AWH sorbents.
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