Robust and Antifouling Composite Hydrogels Enhanced by Directional Freeze-Casting and Salting-Out for Highly Efficient Solar Evaporation

材料科学 化学工程 海水淡化 自愈水凝胶 蒸发 乙烯醇 蒸发器 复合数 润湿 纳米技术 聚合物 复合材料 高分子化学 化学 物理 工程类 生物化学 热交换器 热力学
作者
Shumiao Li,Liu Ji,Changjun Li,Xiaoyang Fang,Xin Wang,Lin Tian,Zhong‐Zhen Yu,Xiaofeng Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.4c17304
摘要

Hydrogels have been identified as a promising material platform for solar-driven interfacial evaporation. However, designing durable hydrogel solar evaporators that can combine effective photothermal conversion, superior water transport, salt resistance, and robust mechanical properties to ensure stable and efficient evaporation remains a significant challenge. Herein, a robust and antifouling hydrogel-based solar evaporator composed of poly(vinyl alcohol), sodium alginate, and MXene is successfully constructed through directional freeze-casting and salting-out processes. The directional freeze-casting aids in forming vertically aligned, well-interconnected channels within the hydrogel that facilitate rapid upward water transfer and effective salt ion discharging, while the optimized salting-out process promotes the cross-linking of polymer chains, creating a sponge-like porous structure that enhances key mechanical properties such as high elasticity and exceptional flexibility. The developed hydrogel evaporator achieves an impressive evaporation rate of 2.53 kg m–2 h–1 with an energy efficiency of 93%, as well as excellent salt resistance and long-term evaporation stability even when desalinating high-concentration brines. These exceptional characteristics make this composite hydrogel evaporator highly suitable for practical applications in seawater desalination and wastewater purification.
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