东华大学:rGO@SA/CNF掺杂铜复合气凝胶，用于海水淡化和废水处理

成果简介

太阳能驱动的界面蒸发是一种可持续发展的绿色海水淡化方法，在当今水资源严重短缺的情况下具有广阔的发展前景。本文，东华大学俞丹 副教授、王炜 教授团队在《J Mater Sci》期刊发表名为“Preparation of rGO @SA/CNF-doped copper composite aerogels and their solar-driven interfacial evaporation properties in water purification”的论文，研究以还原氧化石墨烯为光热材料，以纳米纤维素为基底，在制备过程中加入海藻酸钠（SA）和Cu2+，采用水热法制备了一种新型复合气凝胶。

纳米纤维素良好的亲水性使复合气凝胶具有很强的毛细作用和持续的水输送能力。SA与Cu2+离子交换形成的凝胶大大提高了复合气凝胶的干湿机械强度，确保了蒸发器多次循环使用的稳定性。通过还原铜离子络合物掺杂铜和还原氧化石墨烯具有协同效应，使复合气凝胶的光热响应速率提高到 1.446 kg m-2h-1，在一个标准太阳光照射下的蒸发效率达到 84.87%。此外，对重金属离子、染料废水以及酸碱溶液的净化也有很好的效果。预计这项研究将为海水淡化和废水处理领域提供一些新思路。

图文导读

图1、a）RSC-A 制备流程图。b）在植物叶片上的RSC-A。c）可承受高质量的 RSC-A。d） 正在进行海水淡化的RSC-A。

图2、a、b） RSC气凝胶横截面的光学显微镜图像。c、d）RSC气凝胶底部的扫描电镜图像。

图3、RS-A的红外光谱

图4、a） 红外热像仪在标准大太阳光照射下绘制RS-A和RSC-A的图。b) RS-A和RSC-A在标准大太阳光照射下的温度变化曲线。

图5、a）纯海水和RSC-a蒸发器的蒸发速率和蒸发效率的比较。b）RSC-A蒸发器的循环稳定性试验。c）染料废水净化前后的吸光度曲线。d）酸溶液和碱溶液纯化前后的pH值。e）模拟海水净化前后盐离子含量的变化。f）重金属废水净化前后各离子含量的变化。

图6、蒸发器耐盐性测试照片。

结果表明，该蒸发器不仅在各项性能指标上均表现良好，而且 具有优异的耐盐能力，适用于海水淡化等高盐度水体的处理。这一创新技术对海水淡化工程、水资源管理和可再生能源发展具有重要意义。

小结

本文以纳米纤维素为基底，以rGO为光热材料，通过可控合成工艺将铜金属掺杂到气凝胶中，制备了一种新型rGO @SA/CNF复合气凝胶，以提高气凝胶的光热响应速度和蒸发器的蒸发效率。此外，添加SA以增强气凝胶在潮湿和干燥条件下的机械强度，以确保蒸发器的稳定性，以便进行回收。所得到的蒸发器具有优良的水输送能力，已经具有很高的光吸收和转换能力。结果表明：在标准太阳辐照下，蒸发速率为1.446 kg m?2 h?1，蒸发效率为84.87%，蒸发效果在10个循环内非常稳定。蒸发器在海水淡化过程中能有效去除盐离子，具有良好的耐盐性。此外，蒸发器在净化染料废水、酸碱溶液、重金属废水方面性能优异，离子去除率可达99.9%以上。希望本文的研究能够为解决缺水和废水处理问题提供一些帮助。

文献：

https://doi.org/10.1007/s10853-024-09484-w