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南京林業大學馬文靜 AFM：生物啟發的具有垂直排列通道的納米纖維氣凝膠用于高效水凈化和抗鹽太陽能脫鹽

2023-03-17 來源：高分子科技

近年來，太陽能驅動的界面蒸發作為最有效和可持續的廢水凈化和海水淡化生產清潔水的技術之一，以其成本低、能耗低、安全性高、生態環保等優點受到了學術界和工業界的極大關注。天然木材和仿木材料被用于建造太陽能蒸發器，展示了它們在廢水凈化和海水淡化方面的高性能。基于天然樹木特殊結構和功能，南京林業大學化學工程學院中比先進生物醫用材料國際聯合實驗室黃超伯教授和熊燃華教授團隊通過單向冷凍，然后冷凍干燥、熱交聯、原位聚合和表面改性制備了具有垂直排列通道的仿生納米纖維氣凝膠（圖1）。該氣凝膠具有分層有序的蜂窩結構，其中包括尺寸為70-100 μm 的木細胞狀蜂窩孔和非常細的通道，100-400 μm寬的垂直排列通道（圖2）。柔韌的納米纖維和精心設計的蜂窩結構使氣凝膠表現出優異的抗壓疲勞性（圖3）。氣凝合理結合層次結構和功能成分，可獲得96.1%的高效太陽能蒸汽轉換效率和2.33 kg m^?2 h^?1的快速蒸發速率（圖4）。此外，蒸發器具有顯著的室外蒸發和高效耐鹽性能（圖5）。值得注意的是，蒸發器可以實時監測其內部孔隙的鹽沉淀（圖6）。該研究成果近期以“Bioinspired Nanofibrous Aerogel with Vertically Aligned Channels for Efficient Water Purification and Salt-Rejecting Solar Desalination”為題，發表在《Advanced Functional Materials》上，南京林業大學化學工程學院青年教師馬文靜為論文的第一作者，黃超伯教授為論文的通訊作者。該研究工作得到江蘇省自然科學基金等項目的資助。