Sustainable Self-Cleaning Evaporators for Highly Efficient Solar Desalination Using a Highly Elastic Sponge-like Hydrogel

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作者
Aqiang Chu,Meng Yang,Hongda Yang,Xueqi Shi,Juanli Chen,Jing Fang,Zhiying Wang,Hao Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (31): 36116-36131 被引量:52
标识
DOI:10.1021/acsami.2c08561
摘要

Interfacial evaporation using light-absorbing hydrogels offers efficient solar evaporation performance under natural sunlight, ensuring an affordable clean water supply. However, achieving light-absorbing hydrogels with durable and efficient utilization is still a challenge due to inevitable salt accumulation, a difficult-to-control surface morphology, and poor mechanical properties on the surfaces of hydrogel-based evaporators. In this work, a photothermal sponge-like hydrogel with a 3D interconnected porous structure was constructed using low-cost activated carbon as a photothermal material, as well as a double-network polymer chain as the basic skeleton using a simple foaming polymerization strategy. The sponge-like hydrogel evaporator showed tailored surface topography, adequate water transport, excellent elasticity and toughness, good salt rejection, and thermal localization properties. Under the irradiation of simulated sunlight (1.0 kW/m2), a high evaporation rate of 2.33 kg·m-2·h-1 was achieved. Furthermore, efficient salt self-cleaning behavior was achieved due to the fast ion diffusion within the 3D interconnected porous structures. Even in highly concentrated brine of 15 wt %, continuous and efficient water evaporation was still achieved. The excellent evaporation and salt rejection properties of this photothermal sponge-like hydrogel indicated its promising long-term sustainable utilization in seawater desalination.
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