Antiswelling and Mechanical Robustness Clay Membranes Using as Osmotic Energy Conversion

材料科学 埃洛石 蒙脱石 电解质 化学工程 水化能 肿胀 的 磁导率 表面电荷 水溶液 离子 复合材料 电极 化学 有机化学 物理化学 工程类 生物化学
作者
Jiwen Si,Jingwen Liu,Shiying Hu,Zihan Chen,Chengbing Yu,Fagui Qiu,Wei Zhang,Wenqing Li,Shiding Miao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (26): 38244-38254 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.5c07331
摘要

Clay-based nanofluidic membranes are a promising candidate for osmotic energy conversion (OEC) due to their inherent surface charge that enhances ion selectivity. However, practical applications of these materials were constrained by significant swelling and inferior durability in aqueous environments. Herein, natural halloysite nanotubes (HNTs) were intercalated into layered montmorillonite (MMT) membranes to boost the osmotic energy conversion efficiency. The spatial confinement provided by HNTs, along with electrostatic interactions between MMT and functionalized HNTs, mitigates the water swelling of nanofluidic membrane, and the interlayered spacing decreases from 1.60 to 1.26 nm after complete hydration. Furthermore, the hollow structure of HNTs offers short and efficient pathways that improve fluidic permeability and accelerate cation translocation. HNT/MMT achieved a maximum OEC power output of 5.12 W m-2 under a 50-fold salinity gradient of KCl electrolytes, which significantly outperformed the one-component clay two-dimensional (2D) nanofluids. The composite clay membrane demonstrates robust performance across various electrolyte solutions and under extreme pH conditions. This study provides a strategy for designing clay-based 2D nanofluids.
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