Selbstorganisierte nanofaserige Hydrogels mit einstellbarem porösem Netzwerk für eine hocheffiziente Solarentsalzung in starkem Brackwasser

Zusammenfassung Hydrogelen-basierte Solarverdampfer (HSEs) haben sich als energieeffiziente Designs für die Wasseraufbereitung erwiesen, da die Verdampfungsenthalpie im hydratisierten polymeren Netzwerk reduziert ist. Es bleibt jedoch eine Herausforderung für HSEs, eine stabile Leistung bei der Entsalzung zu erreichen, teilweise aufgrund des Kompromisses zwischen gewünschten Verdampfungsdynamiken und Salzverträglichkeit. Hier werden Verbundhydrogele mit einstellbaren selbstorganisierten Nanofasernetzwerken für das Engineering von Solarverdampfern mit sowohl hoher Verdampfungsleistung als auch Widerstand gegen Salzansammlungen genutzt. Die nanofaserigen Hydrogel-Solarverdampfer (NHSEs) weisen ein intrinsisches offenes Netzwerk mit hoher Porosität von über 90 % auf, was kontinuierliche Wasserkanäle für einen effizienten Massentransfer ermöglicht. Theoretische Modellierungen erfassen den komplexen Zusammenhang zwischen Mikrostrukturen und Verdampfungsleistung, indem sie Wassertransfer, Wärmeleitung und Verdampfungsenthalpie während der Verdampfung koppeln. Das mechanistische Verständnis und die ingenieurtechnische Abstimmung der Verbundstoffe führen zu einer optimalen Konfiguration der NHSEs, die eine stabile Verdampfungsrate von 2,85 kg m −2 h −1 während der kontinuierlichen Entsalzung in 20 % Brackwasser zeigen. Die herausragende Leistung der NHSEs und die zugrunde liegenden Gestaltungsprinzipien könnten die weitere Entwicklung praktischer Entsalzungssysteme erleichtern.