Autonomous Atmospheric Water Harvesting over a Wide RH Range Enabled by Super Hygroscopic Composite Aerogels

材料科学 碳纳米管 化学工程 相对湿度 吸收(声学) 解吸 复合数 吸附 纳米技术 复合材料 吸附 冶金 化学 有机化学 工程类 物理 热力学
作者
Xueping Zhang,Hao Qu,Xiangyu Li,Lenan Zhang,Yaoxin Zhang,Jiachen Yang,Mengjuan Zhou,Lakshmi Suresh,Siqi Liu,Swee Ching Tan
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (41): e2310219-e2310219 被引量:65
标识
DOI:10.1002/adma.202310219
摘要

Sorption-based atmospheric water harvesting (SAWH) offers a sustainable strategy to address the global freshwater shortage. However, obtaining sorbents with excellent performance over a wide relative humidity (RH) range and devices with fully autonomous water production remains challenging. Herein, magnesium chloride (MgCl2) is innovatively converted into super hygroscopic magnesium complexes(MC), which can effectively solve the problems of salt deliquescence and agglomeration. The MC are then integrated with photothermal aerogels composed of sodium alginate and carbon nanotubes (SA/CNTs) to form composite aerogels, which showed high water uptake over a wide RH range, reaching 5.43 and 0.27 kg kg-1 at 95% and 20% RH, respectively. The hierarchical porous structure enables the as-prepared SA/CNTs/MC to exhibit rapid absorption/desorption kinetics with 12 cycles per day at 70% RH, equivalent to a water yield of 10.0 L kg-1 day-1. To further realize continuous and practical freshwater production, a fully solar-driven autonomous atmospheric water generator is designed and constructed with two SA/CNTs/MC-based absorption layers, which can alternately conduct the water absorption/desorption process without any other energy consumption. The design provides a promising approach to achieving autonomous, high-performance, and scalable SAWH.
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