《Nature》子刊：将 Ti3C2Tx MXene 的固有亲水性转化为超疏水性，实现高效光热膜脱盐

文章来源：北科新材浏览次数：1937时间：2023-07-25 QQ学术交流群：1092348845

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摘要

由于其理论脱盐能力为 100%，膜蒸馏 (MD) 已成为解决淡水短缺问题的一种很有前景的海水淡化方法。理想的 MD 需要由跨膜温度梯度 (ΔT) 建立的高蒸汽渗透通量和出色的膜耐用性。然而，由于连续的水-蒸汽转变导致给水侧固有的热损失，很难保持恒定的ΔT，并防止润湿转变引起的膜污染和结垢。在这里，我们开发了 Ti3C2Tx MXene 工程膜具有高效的局部光热效应和强大的防水性，可显着提高淡水生产率和稳定性。除了避免热量损失的光热效应外，高导电性的Ti3C2Tx MXene还可以通过静电喷涂在其表面自组装出均匀的分级聚合物纳米球，将固有的亲水性转化为超疏水性。这种界面工程使得光热膜蒸馏具有能源效率和高盐稳定性，并且在一次太阳照射下具有高产水率。

精彩亮点

在材料设计上,制备了MXene修饰的PVDF复合膜材料,这是MXene第一次应用于光热膜蒸馏。
利用MXene的光热效应和导电性实现了膜材表面热控制和亲疏水转变,这是通过表面设计双重优化膜材的创新思路。
在应用上,MXene的引入极大提升了光热膜蒸馏的效率、稳定性和抗盐渍性,表现出明显的协同增效作用。

图文参考

图1. 用于 PMD 的 PM-PVDF 膜的设计概念。

图2. 膜的制造和结构表征。

图3. 膜的光热效应和导热率。

图4. 拒水性和膜润湿性。

图5. PMD 超盐海水淡化性能演示。

总结

海水淡化对解决全球淡水短缺问题非常重要,光热膜蒸馏技术作为一种青春的海水淡化技术受到广泛关注。作者设计合成了MXene修饰的PVDF复合膜材料,利用MXene的光热效应和导电性实现了膜面的热控制和亲疏水转变。所制备的复合膜材料显著提高了光热膜蒸馏的性能,实现了89%的高阳光转换效率、稳定的高淡水产率以及良好的抗盐渍性能。材料设计实现了膜材的双重优化;明显提高了光热膜蒸馏膜的效率、稳定性和抗盐渍性。为利用MXene设计高性能膜材提供了范例,拓展了MXene的应用领域,为利用可再生能源进行大规模海水淡化提供了新途径。

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