清華Nature Water：兼具多效凈化和超強抗污功能的光熱水凈化凝膠膜

鋼鐵俠 2個月前 (11-13) 1029瀏覽

【成果導讀】

清華大學化學系曲良體教授團隊開發了一種多功能光熱水凈化凝膠膜，能夠利用太陽能直接從受污染的地表水中獲取清潔水蒸氣，產生可飲用的淡水。該研究基于魚鱗啟發的表面結構設計并通過高密度的聚合物網絡調控，開發了石墨烯/海藻酸凝膠膜（GAH）。該膜由氧化石墨烯/海藻酸鈉混合分散液經成膜、多次離子交聯、化學還原及激光直寫表面結構獲得。通過多次交聯循環制備工藝，GAH具有致密的聚合物分子鏈網絡，其內部水分子以結合態存在，通過結合態水擴散形式實現水的凈化，有效阻止污染物到達蒸發界面；同時，GAH致密聚合物分子網絡上的含氧官能團會在吸水狀態下發生可逆解離，在膜內部形成高滲透壓，阻止污水中鹽離子進入，進而實現高選擇性水凈化，防止長時間蒸發過程中的結鹽問題。

通過激光直寫制備工藝，GAH具有類似魚鱗的微納表面結構，其局域幾何結構吸光能力增強，并具有水下防油污能力及納米片表面滅菌能力。最終，GAH能攔截>99.5%常規揮發性有機物和100%非揮發性有機物，抑制100%的細菌，排除>99.3%的離子（如，Na⁺、Mg²⁺、K⁺、Ca²⁺），實現高選擇性凈化。GAH能在3.6wt%的海水中實現>94.9%的阻鹽率，使表面近100%的細菌失活，并能與各類油性有機溶劑形成>140°的水下接觸角，實現多效防污功能。

相關研究成果近期以“具有高傳輸選擇性和防污能力的多功能太陽能水收集器”（Multifunctional solar water harvester with high transport selectivity and fouling rejection capacity）為題，發表于Nature Water期刊。