Hierarchical nanofibrous and recyclable membrane with unidirectional water-transport effect for efficient solar-driven interfacial evaporation

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作者
Kangkang Ou,Jing-Bei Li,Yijun Hou,Kun Qi,Yunling Dai,Mengting Wang,Baoxiu Wang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:656: 474-484
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.11.125
摘要

Solar-driven interfacial evaporation technology has attracted significant attention for water purification. However, design and fabrication of solar-driven evaporator with cost-effective, excellent capability and large-scale production remains challenging. In this study, inspired by plant transpiration, a tri-layered hierarchical nanofibrous photothermal membrane (HNPM) with a unidirectional water transport effect was designed and prepared via electrospinning for efficient solar-driven interfacial evaporation. The synergistic effect of the hierarchical hydrophilic-hydrophobic structure and the self-pumping effect endowed the HNPM with unidirectional water transport properties. The HNPM could unidirectionally drive water from the hydrophobic layer to the hydrophilic layer within 2.5 s and prevent reverse water penetration. With this unique property, the HNPM was coupled with a water supply component and thermal insulator to assemble a self-floating evaporator for water desalination. Under 1 sun illumination, the water evaporation rates of the designed evaporator with HNPM in pure water and dyed wastewater reached 1.44 and 1.78 kg·m−2·h−1, respectively. The evaporator could achieve evaporation of 11.04 kg·m−2 in 10 h under outdoor solar conditions. Moreover, the tri-layered HNPM exhibited outstanding flexibility and recyclability. Our bionic hydrophobic-to-hydrophilic structure endowed the solar-driven evaporator with capillary wicking and transpiration effects, which provides a rational design and optimization for efficient solar-driven applications.
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