Solar-driven desalination using salt-rejecting plasmonic cellulose nanofiber membrane

化学工程 材料科学 海水淡化 太阳能淡化 纤维素 纳米纤维 盐(化学) 涂层 蒸发 海水 纳米技术 化学 有机化学 工程类 地质学 物理 海洋学 热力学 生物化学
作者
Bon-Jun Ku,Dong Hyun Kim,Ahmed S. Yasin,Anush Mnoyan,Min Jae Kim,Yong Jun Kim,Ho Won,Kyubock Lee
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:634: 543-552 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.12.059
摘要

Solar-driven steam generation is a promising, renewable, effective, and environment-friendly technology for desalination and water purification. However, steam generation from seawater causes severe salt formation on the photothermal material, which hinders long-term and large-scale practical applications. In this study, we develop salt-rejecting plasmonic cellulose-based membranes (CMNF-NP) composed of an optimized ratio of Au/Ag nanoparticles, cellulose micro/nanofibers, and polyethyleneimine for efficient solar-driven desalination. The CMNF-NP exhibits a water evaporation rate of 1.31 kg m-2h-1 (82.1% of solar-to-vapor conversion efficiency) for distilled water under 1-sun. The CMNF-NP shows a comparable evaporation rate for 3.5 wt% brine, which has been maintained for 10 h; the evaporation rate of the filter paper-based counterpart severely decreases because of salt-scaling. The efficient salt-rejecting capability of the CMNF-NP membrane is attributed to the compact structure and electrostatic repulsion of cationic ions of salt that originate from cellulose nanofibers and the amine-functionalized polymer, polyethyleneimine, as a structural binder. This simple fabrication method of casting the CMNF-NP solution on the substrate followed by drying allows a facile coating of a highly efficient and salt-rejecting photothermal membrane on various practical substrates.
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