Laser-Engineered Graphene on Wood Enables Efficient Antibacterial, Anti-Salt-Fouling, and Lipophilic-Matter-Rejection Solar Evaporation

材料科学 结垢 海水淡化 超亲水性 生物污染 蒸发 石墨烯 太阳能 化学工程 纳米技术 复合材料 接触角 化学 生物化学 生物 热力学 生态学 物理 工程类
作者
Libei Huang,Ling Li,Jianjun Su,Yun Mi Song,Zhaoyu Wang,Ben Zhong Tang,Paul Westerhoff,Ruquan Ye
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (46): 51864-51872 被引量:97
标识
DOI:10.1021/acsami.0c16596
摘要

Advances in solar steam generation have made a promise in mitigating the water scarcity problem. However, their practical use could be curtailed by the vaporized pollutants and the longevity limited by biofouling and salt-fouling that are often overlooked. Here, a flake of wood is reported to be engineered into a miniaturized solar water treatment device by a laser engraving process and demonstrates advantages over common solar systems. The device is structured to mimic the centralized water treatment plants, which contains a superhydrophilic graphene bottom layer for lipophilic organic matter rejection and antifouling, an intrinsic wood microchannels layer for water transport and thermal management, and a hydrophobic graphene top layer for solar-driven desalination while inhibiting salt deposition. The pore size of wood differentiates the water flux and hence the evaporation performance, and the balsa wood with a larger pore size possesses a higher evaporation rate of 1.6 ± 0.02 kg m-2 h-1 compared with pine wood. The hierarchical design achieves a solar energy conversion efficiency of 110% and a lipophilic organic matter removal efficiency of >90% and significantly improves longevity even at high salinity. This work illuminates a sustainable and cost-effective pathway for water treatment and shows potential for wastewater reuse.
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