Molecularly Functionalized Biomass Hydrogels for Sustainable Atmospheric Water Harvesting

吸附剂 材料科学 纤维素 自愈水凝胶 生物量(生态学) 原材料 背景(考古学) 可再生能源 化学工程 制浆造纸工业 环境科学 吸附 有机化学 高分子化学 化学 工程类 生物 古生物学 海洋学 电气工程 地质学
作者
Weixin Guan,Yaxuan Zhao,Chuxin Lei,Yuyang Wang,Kai Wu,Guihua Yu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202420319
摘要

Abstract Atmospheric water harvesting (AWH) offers a promising pathway to alleviate global water scarcity, highlighting the need for environmentally responsible sorbent materials. In this context, this research introduces a universal strategy for transforming natural polysaccharides into effective hydrogel sorbents, demonstrated with cellulose, starch, and chitosan. The methodology unites alkylation to graft thermoresponsive groups, thereby enhancing water processability and enabling energy‐efficient water release at lower temperatures, with the integration of zwitterionic groups to ensure stable and effective water sorption. The molecularly functionalized cellulose hydrogel, exemplifying our approach, shows favorable water uptake of 0.86–1.32 g g −1 at 15–30% relative humidity (RH), along with efficient desorption, releasing 95% of captured water at 60 °C. Outdoor tests highlight the water production rate of up to 14.19 kg kg −1 day −1 by electrical heating. The proposed molecular engineering methodology, which expands the range of raw materials by leveraging abundant biomass feedstock, has the potential to advance sorbent production and scalable AWH technologies, contributing to sustainable solutions.
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