Sustainable β-cyclodextrin modified polyacrylamide hydrogel for highly efficient solar-driven water purification

材料科学 汽化 化学工程 聚丙烯酰胺 蒸发 蒸发器 海水淡化 卤水 汽化焓 环糊精 色谱法 热力学 化学 有机化学 高分子化学 物理 工程类 热交换器 生物化学
作者
Zhiqiang Sun,Meng Wang,Xiaojiang Mu,Jianhua Zhou,Xiaoling Ke,Qiang Wu,Meng Kang,Xiaoyang Wang,Lei Miao
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier BV]
卷期号:35: 101330-101330 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2023.101330
摘要

Solar-driven water purification is considered as an efficient and green method to solve water scarcity. However, creating a hydrogel evaporator with both long-lasting evaporation performance and an efficient reduction in water vaporization enthalpy remains a significant challenge. Herein, a hydrogel with low water vaporization enthalpy was prepared by introducing β-cyclodextrin (β-CD) to polyacrylamide. The three-dimensional network structure was obtained via a simple freeze-drying process, and the addition of β-CD enhanced its hydrophilicity. Due to the hydration of hydroxyl groups on β-CD, the hydrogel facilitated the formation of intermediate water, substantially reducing the water vaporization enthalpy to 1428 J/g. It enabled the hydrogel to achieve a high evaporation rate of 2.65 kg/m2/h under 1 sun irradiation. Furthermore, the hydrogel demonstrated excellent hydration properties and abundant water transport channels for salt rejection in long-term desalination. After 50 cycles of testing in 3.5% brine, the evaporation rate remained high at 2.38 kg/m2/h. This work provides a sustainable way to develop a highly efficient solar evaporator for clean water production.
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