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  盡管目前光熱響應材料取得了一定的進步，但利用太陽能驅(qū)動的相變誘導水凝膠進行廢水凈化的研究受到其層次結(jié)構(gòu)設(shè)計不足導致穩(wěn)定性有限和集水率低等因素的制約。為了解決這些問題，四川大學金勇教授團隊采用了一種受生雞蛋結(jié)構(gòu)啟發(fā)的逐步結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用N-異丙基丙烯酰胺（NIPAAm）、N,N-二乙基丙烯酰胺（DEAAm）、羧甲基殼聚糖（CMCS）和改性石墨烯氧化物（mGO）制備了球形夾層水凝膠（SSH），該水凝膠具有三層結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)可逆相變誘導的水凈化。得益于SSH水凝膠中多層球形夾層結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部豐富的多功能基團作為吸附位點，該水凝膠展現(xiàn)出優(yōu)異的抗污染、殺菌和凈化性能，能夠有效處理受到微塑料、微生物、油類、金屬和染料污染的廢水。通過調(diào)控各層的下臨界溶液溫度（LCST），太陽能驅(qū)動的SSH能夠通過從內(nèi)層到外層的逐步凈化高效去除雜質(zhì)，最終實現(xiàn)可調(diào)節(jié)的淡水生產(chǎn)，其最高產(chǎn)率在一個太陽光下可達28.07 kg m^?2 h^?1。此外，具有蛋殼狀結(jié)構(gòu)的太陽能驅(qū)動SSH水凝膠在增強機械性能和抗破壞性方面也具有額外優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)多次高效重復使用。因此，本研究提出了一種有效的逐步結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，為未來便捷制備的太陽能驅(qū)動水凈化器的發(fā)展提供了新的思路。

  在這項工作中，他們設(shè)計了分層水凝膠（球形夾層水凝膠，SSH），通過逐步原則整合了熱響應、抗污染、抗菌和優(yōu)異的凈化性能，以應對各種污染源。鑒于單一結(jié)構(gòu)水凝膠在廢水凈化中的效果有限，從生雞蛋的分層結(jié)構(gòu)中獲得靈感，以增強球形夾層水凝膠（SSH）的性能。

圖1. SSH水凝膠凈水示意圖

圖2. 光觸發(fā)釋水性能。(a)具有不同層的水凝膠的UV-vis-NIR吸收光譜。(b)不同層數(shù)水凝膠的表面溫度隨著暴露時間的增加而增加。(c)具有不同層的溶脹的SSH的DSC熱分析圖。(d，f)吸水后在43℃加熱前后SSH水凝膠的水滲出行為的圖像。(e)完全吸水(左)和釋放水后(右)的SSH水凝膠的形狀。(g，i)通過紅外照相機測量SSH水凝膠的表面溫度。(h)36℃下SSH水凝膠上的水接觸角(WCA), (j)不同溫度下SSH水凝膠的水釋放行為和(k)水收集速率。(l)在25℃下完全吸水的SSH水凝膠的水釋放動力學。

圖3. SSH 廢水修復評估。(a) SSH 水凝膠處理前后微塑性溶液的光學顯微鏡圖像。(b) SSH 水凝膠處理前后混合廢水溶液（油菜籽-微塑性溶液）的光學顯微鏡和接觸角 (CA) 圖像（中間）。(c) SSH 水凝膠對R6G 的吸附行為。(d) SSH 處理 R6G 溶液的擬一級和 (e) 擬二級動力學模型。(f) SSH 水凝膠處理前后不同離子廢水濃度變化。(g) SSH 水凝膠處理一次和兩次前后不同種類重離子溶液濃度變化。(h) SSH 水凝膠處理前后不同水源廢水（湖 1：興隆湖、湖 2：東湖和錦江）的電導率。(i) SSH 水凝膠的凈化機理。

  該研究成果以題為“Solar-driven spherical sandwiched hydrogel with reversible phase transition-induced egg-structure for highly efficient and stable water harvesting and purifying”在《Chemical Engineering Journal》上發(fā)表，第一作者為四川大學輕工科學與工程學院博士生梅江洋，金勇教授為本論文的通訊作者。該項研究也得到了國家自然科學基金及四川省科技支撐計劃等項目的資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155505

  下載：Solar-driven spherical sandwiched hydrogel with reversible phase transition-induced egg-structure for highly efficient and stable water harvesting and purifying