Sustainable, Low‐Cost Sorbents Based on Calcium Chloride‐Loaded Polyacrylamide Hydrogels

材料科学 聚丙烯酰胺 自愈水凝胶 吸附剂 干燥剂 水溶液 相对湿度 吸附 化学工程 氯化物 氯化锂 肿胀 的 多孔性 复合材料 吸附 冶金 高分子化学 有机化学 化学 工程类 物理 热力学
作者
Levi Hoogendoorn,Mauricio Huertas,Phillip Nitz,Naiyu Qi,Johannes Baller,Carsten Prinz,Gustav Graeber
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (29) 被引量:31
标识
DOI:10.1002/adfm.202314680
摘要

Abstract Sorbents are promising materials for applications in atmospheric water harvesting, thermal energy storage, and passive cooling, thereby addressing central challenges related to water scarcity and the global energy transition. Recently, hygroscopic hydrogel composites have emerged as high‐performance sorbents. However, many of these systems are fabricated with unsustainable and costly sorbent materials, which hinders their wide deployment. Here, the synthesis of high‐performance, cost‐efficient polyacrylamide hydrogels loaded with unprecedented amounts of calcium chloride is demonstrated. To this end, the swelling procedure of polyacrylamide hydrogels in aqueous calcium chloride solutions is optimized. The achievable salt loading in the hydrogel is characterized as a function of temperature, calcium chloride concentration in the swelling solution, and the hydrogel preparation conditions. The obtained hydrogel‐salt composites are shown to be stable under repeated sorption‐desorption cycling and enable water uptakes of 0.92 and 2.38 grams of water per gram of dry materials at 30% and 70% relative humidity, respectively. The resulting cost‐performance ratio substantially exceeds lithium chloride‐based systems. Further, the mechanistic insights on hydrogel salt interactions can guide the design of sustainable and low‐cost sorbent materials for future applications in water and energy.
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