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余桂華PNAS：高效、快速的大氣捕水！

來(lái)源：時(shí)間：2023-10-10 13:41:51 瀏覽：1533次

第一作者：Weixin Guan、Yaxuan Zhao

通訊作者：余桂華教授

通訊單位：德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校

DOI: 10.1073/pnas.2308969120

研究背景

熱響應(yīng)性水凝膠是一類溫敏性聚合物，其具有較高效的解吸特性，具有作為大氣捕水（AWH）基質(zhì)的潛力。然而，由于鹽析效應(yīng)導(dǎo)致溶脹能力有限且吸附的水難以完全釋放等因素，導(dǎo)致傳統(tǒng)水凝膠吸附劑的捕水效能受限?；诖?，美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校余桂華團(tuán)隊(duì)開發(fā)了具有吸濕和熱響應(yīng)的雙功能聚合物網(wǎng)絡(luò)，用于大氣捕水。該聚合物具有穩(wěn)定的吸濕作用，可在低溫條件下釋放吸附的水分子。且該聚合物中加入的光熱劑，使得其可以在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行大氣捕水。該策略可實(shí)現(xiàn)高效、可持續(xù)捕水，為設(shè)計(jì)具有綜合性能的先進(jìn)吸附劑提供了一個(gè)潛在的解決方案，以緩解淡水危機(jī)。

文章要點(diǎn)

1、作者采用了具有吸濕性和熱敏性的雙功能聚合物構(gòu)筑熱敏水凝膠，而該水凝膠具有分子限制水化作用。

2、該水凝膠中，兩性離子部分促使其在相對(duì)濕度范圍穩(wěn)定且利于吸水，同時(shí)熱響應(yīng)部分增強(qiáng)了受限位點(diǎn)和熱響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同作用。此外，微凝膠結(jié)構(gòu)使吸附劑具有快速的吸附-解吸效果。

3、測(cè)試結(jié)果表明，在60%的相對(duì)濕度（RH）下，熱敏兩性離子微凝膠在100 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)1 g g^?1的吸水量，且在40 °C下，20 min內(nèi)約釋放80%捕獲的水。本研究為下一代大氣中捕獲水吸附劑的設(shè)計(jì)提供了一種高效-節(jié)能的解決方案。

圖文展示

圖1.大氣中捕獲水的過(guò)程及吸附劑的設(shè)計(jì)原理

圖2.共聚物水凝膠的基本性質(zhì)和表征

圖3. TZMGs大氣捕獲水性能

圖4. PZMGs的光熱性能和太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)蒸汽吸附-解吸性能

圖5.大氣中水的提取

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