Robust, 3D-printed hydratable plastics for effective solar desalination

材料科学 海水淡化 蒸发 纤维素 化学工程 氢键 无定形固体 分子 复合材料 热力学 有机化学 化学 生物化学 物理 工程类
作者
J. Justin Koh,Gwendolyn J.H. Lim,Souvik Chakraborty,Yaoxin Zhang,Siqi Liu,Xiwen Zhang,Swee Ching Tan,Zhiyang Lyu,Jun Ding,Chaobin He
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:79: 105436-105436 被引量:87
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105436
摘要

In this work, hydratable plastics is being introduced as a new class of materials for effective solar desalination for the first time. In the form of highly amorphous regenerated cellulose, the 3D-printed material achieves a high evaporation rate of 3.01 kg m−2 h−1 under 1-sun irradiation through vaporisation enthalpy reduction. In addition, this work demonstrates that evaporation rate saturation at higher irradiation can be overcome by improving rehydration rate through architectural design via 3D-printing. As such, an unprecedented evaporation rate of 7.35 kg m−2 h−1 under concentrated 3-sun irradiation was achieved. More importantly, water molecules are found to be more locally ordered, leading to more hydrogen bonding in the hydrated cellulose than in bulk. It turns out that the weaker cellulose-water hydrogen bonds with longer bond length and higher deviation from non-linearity is the most probable origins for the significant reduction of vaporisation enthalpy. The 3D-printed evaporators also exhibits long-term stability and anti-salt-fouling ability in evaporating saline water due the interconnectivity of the micro and sub-nano water channels. Finally, purified water collected from a handmade device possess high drinkability.
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