Heterogeneous Two-dimensional lamellar Ti3C2Tx membrane for osmotic power harvesting

反向电渗析 浓差极化 膜 渗透力 缓压渗透 层状结构 材料科学 卤水 渗透 正渗透 化学工程 化学物理 化学 电渗析 反渗透 复合材料 生物化学 有机化学 工程类
作者
Jin Wang,Lu Wang,Ning Shao,Miaolu He,Penghui Shang,Zheng Cui,Sensen Liu,Na Jiang,Xudong Wang,Lei Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:452: 139531-139531 被引量:45
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.139531
摘要

Osmotic energy generated from salinity gradients has been recognized as a novel blue energy source. Membrane-based reverse electrodialysis (RED) is a promising strategy for harvesting electric power from salinity difference. However, practical RED process often suffers from the low energetic efficiency due to the inherent ion concentration polarization phenomenon. Here, a heterogeneous two-dimensional lamellar Ti3C2Tx membrane with asymmetric geometry and charge properties was designed. The diode-like transport behavior with unidirectional ion conduction was observed, suggesting a preferential transport direction in the Ti3C2Tx hetero-nanochannel. When applied as the osmotic energy generators, the heterogeneous Ti3C2Tx membranes produced a maximum output power density of 16 W/m2 on mixing the natural brine and river water, higher than the commercialization benchmark (5 W/m2). Theoretical calculations confirmed that the asymmetric membrane architecture achieved a balance between effectively weakening the concentration polarization and maintaining the high ion selectivity. This study is a significant step forward in the field of designing artificial nanofluidic membranes and highly efficient osmotic energy conversion systems.
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