優良懸浮球生物填料生產廠家用于污水凈化的水凝膠，凈化能力優于超濾，可與反滲透技術媲美

　　優良懸浮球生物填料廠家用于污水凈化的水凝膠，凈化能力優于超濾，可與反滲透技術媲美。太陽能驅動的界面蒸發為水淡化提供了一種有前景的方法，但是蒸汽產生耗能高，限制了這項技術的實用性。已開發了基于水凝膠的材料，它可以減少蒸汽產生的能量需求。其克服了水蒸發消耗大量能量與自然陽光輸入的相對較弱的能量之間的不匹配。但水凝膠的太陽能蒸發器的一個基本挑戰是，聚合物鏈中的親水基團作為水活化必不可少的功能性成分，會導致水凝膠中水含量高，熱量分散并降低整體效率。

　　美國德克薩斯大學余桂華教授、趙飛教授(共同通訊)報道了一種控制水凝膠中聚合物網絡水合作用，其中高度水合的聚合物網絡可將作為骨架的致密交聯聚合物功能化。

　　聚合物鏈的水合作用會產生大量弱結合的水分子，從而促進水的蒸發。水凝膠基太陽能蒸發器可以利用太陽能從各種污染物中提取水，如鹽、洗滌劑和重金屬成分，具有長期的耐久性和穩定性。這項工作展示了一種在分子水平上調節水與材料之間相互作用的有效方法，以及一種針對含有復雜污染物的廢水的節能水處理技術。

　　通過水凝膠中聚合物網絡的拓撲結構設計，以同時實現水熱管理。具有高交聯密度的聚乙烯醇(PVA)網絡(一種限制凝膠飽和水含量的骨架)被聚苯乙烯磺酸鹽(PSS)網絡滲透，該聚苯乙烯磺酸鹽網絡可以通過靜電和氫鍵被水分子主動水合。

　　具有這種互穿聚合物網絡的凝膠(IPNG)可以將超過50%的所含水活化為中間狀態。通過使用經濟高效的活性炭作為太陽能吸收器，IPNG在一個太陽光下的SVG率高達≈3.86kg m-2 h-1，能量效率約為92%，可長期去除廢水中的鹽分，非揮發性洗滌劑和重金屬離子。

　　圖1 基于IPNG的可控水化太陽能凈水原理圖。為了證明IPNG的海水淡化性能，對海水樣品進行陽光照射，并通過應用電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)評估了所收集水的質量。圖2c展示了在通過IPNG3純化之前和之后四個主要離子(Na+，Mg2+，K+和Ca2+)的濃度。該值顯著降低了2-3個數量級，低于通過基于膜的海水淡化技術提純的值。IPNG具有長期穩定性和耐用性。

　　圖2 在一個太陽光下產生蒸氣。a)在一個太陽光下，IPNG作用的水蒸發。b)一個太陽光下IPNG的太陽蒸發率和能效。c)脫鹽前后，實際海水樣品中測得的四個初級離子的濃度。d)浸入海水一周的IPNG3的水蒸發速率和能效。

　　為了證明可以實際凈化生活污水，對廚房，洗衣房和浴室產生的廢水進行了污水處理。凈化前后的生活污水數字圖像(圖3a)，可以看出，經過IPNG的太陽能凈水工藝后，可獲得凈水。

　　純化后，三種廢水的pH值接近7。通過電導率測試仔細跟蹤廢水樣品的鹽度，以評估IPNG去除無機鹽的能力。凈化后，這些廢水樣品的鹽度顯著降低了大約三個數量級，低于世界衛生組織和美國環境保護局規定的飲用水標準(圖3b)。

　　蒸發速率這些廢水中的樣品與純凈水中的樣品相似(圖3b中的藍點)，表明IPNG在廢水凈化過程中的穩定性。此外，這些廢水中的有機化合物濃度(通過總有機物含量(TOC)分析儀測量)在純化后降低了2-3個數量級(圖3c)，其性能優于超濾(圖3c中的淺藍色背景)，與反滲透技術(圖3c中的淺橙色背景)相媲美。

　　圖3 廢水凈化。a)顯示凈化前后廚房，洗衣房和浴室產生的廢水。b)凈化前后廢水樣品的鹽度，以及基于廚房，洗衣房和浴室產生的廢水中IPNG的蒸發速率，表明有效去除了鹽分c)廚房，洗衣房和浴室產生的廢水中的總有機物含量(TOC)表明有效去除了有機污染物。

　　總結：互穿網絡中的離子聚合物可以提供與水分子的靜電相互作用，產生更多的活化水并降低SVG的總能量需求，而親水聚合物可以限制水凝膠中的水量以抑制能量損失并增強能源利用效率。所獲得的IPNG在一次陽光照射下能夠實現約3.86 kg m-2h-1的高太陽蒸氣產生速率和約92%的能量效率。

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