von KeAi Communications Co.
Angesichts der zunehmenden weltweiten Verknappung der Süßwasserressourcen gilt die Entsalzung als eine der wirksamsten Möglichkeiten, dieses Problem zu lindern. Es gibt jedoch einen Haken: Effiziente und kostengünstige Verdampfungsmaterialien sind der Schlüssel für großtechnische Anwendungen.
Hydrogele stellen eine vielversprechende Möglichkeit dar, doch ihre herkömmliche Verwendung in Grenzflächen-Solarverdampfern ist immer noch nicht in der Lage, den Kompromiss zwischen hoher Verdampfungsrate, Salzbeständigkeit und dauerhaften mechanischen Eigenschaften zu erfüllen.
Daher sind die meisten herkömmlichen Hydrogelmaterialien nur für Sole mit niedrigem Salzgehalt geeignet, weit entfernt von den Anforderungen einer langfristigen Verdunstung und Behandlung von industriellem Abwasser mit hohem Salzgehalt. Es wurde gezeigt, dass die Salzbeständigkeit von Hydrogelen durch den Aufbau einer sich gegenseitig durchdringenden 3D-Makroporenstruktur erhöht werden kann.
Dennoch können ein schneller Wassertransport und ein hoher Wassergehalt zu einem erhöhten konduktiven Wärmeverlust führen. Dieses Problem kann durch eine weitere Gestaltung der Janus-Struktur gelöst werden. Darüber hinaus gibt es zwar verschiedene Methoden zur Schaffung solcher Strukturen, diese sind jedoch häufig komplex und weisen eine mangelnde Oberflächenstabilität auf.
Zu diesem Zweck führte ein Forscherteam der School of Chemical Engineering and Technology der Hebei University of Technology in Tianjin, China, hydrophobes pyrogenes Nano-Silica-Aerogel (SA) in den Hydrogel-Produktionsprozess ein. Die ultraleichten und superhydrophoben Eigenschaften von SA ermöglichen es ihm, während des Gelierungsprozesses spontan in den oberen Bereich des Hydrogels zu wandern und dort zu aggregieren, wodurch eine Janus-Struktur entsteht.
„Wir wissen, dass die Regulierung der Porenstruktur auch das Problem des erhöhten Wärmeverlusts ausgleichen kann, der durch die hohe Salzbeständigkeit des schwammartigen Hydrogels verursacht wird“, erklärte Aqiang Chu, Hauptautor der in veröffentlichten Studie Grüne Energie und Umwelt. „Aus diesem Grund haben wir Agar (AG) eingearbeitet, um die Gesamtleistung von Hydrogel-Verdampfern zu verbessern.“
Insbesondere hat AG eine verdickende Funktion, die in diesem Fall die beim Schäumen gebildete Blasenstruktur stabilisiert und so zur Regulierung der Porenstruktur des Hydrogels beiträgt.
„Die große Anzahl an Hydroxylgruppen in der AG-Kette kann gleichzeitig die Enthalpie der Wasserverdampfung verringern, indem sie mit Wasser interagiert und Etherbindungen mit Polyvinylalkohol bildet, um ein robustes vernetztes Netzwerk zu bilden, was zu verbesserten mechanischen Eigenschaften beiträgt“, erklärte Chu weiter .
„In Verbindung mit den geringen Kosten und der Umweltfreundlichkeit dieser Vorbereitungsmaterialien zeigt unser schwammartiger Hydrogel-Solarverdampfer Janus mit zwei Netzwerken ein großes Potenzial für praktische Anwendungen im Bereich der Grenzflächen-Solarverdampfung“, fügte der korrespondierende Autor Hao Li hinzu.
Mehr Informationen:
Aqiang Chu et al., Biomasseverstärktes, schwammartiges Janus-Hydrogel mit Salzbeständigkeit und hoher Festigkeit für eine effiziente solare Entsalzung, Grüne Energie und Umwelt (2023). DOI: 10.1016/j.gee.2023.04.003
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