優(yōu)良懸浮球生物填料生產(chǎn)廠家用于污水凈化的水凝膠，凈化能力優(yōu)于超濾，可與反滲透技術(shù)媲美

　　優(yōu)良懸浮球生物填料生產(chǎn)廠家用于污水凈化的水凝膠，凈化能力優(yōu)于超濾，可與反滲透技術(shù)媲美

　　優(yōu)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(yōu)于超濾，可與反滲透技術(shù)媲美。太陽能驅(qū)動的界面蒸發(fā)為水淡化提供了一種有前景的方法，但是蒸汽產(chǎn)生耗能高，限制了這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用性。已開發(fā)了基于水凝膠的材料，它可以減少蒸汽產(chǎn)生的能量需求。其克服了水蒸發(fā)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(fā)器的一個基本挑戰(zhàn)是，聚合物鏈中的親水基團(tuán)作為水活化必不可少的功能性成分，會導(dǎo)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(xué)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(wǎng)絡(luò)水合作用，其中高度水合的聚合物網(wǎng)絡(luò)可將作為骨架的致密交聯(lián)聚合物功能化。

　　聚合物鏈的水合作用會產(chǎn)生大量弱結(jié)合的水分子，從而促進(jìn)水的蒸發(fā)。水凝膠基太陽能蒸發(fā)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(wěn)定性。這項(xiàng)工作展示了一種在分子水平上調(diào)節(jié)水與材料之間相互作用的有效方法，以及一種針對含有復(fù)雜污染物的廢水的節(jié)能水處理技術(shù)。

　　通過水凝膠中聚合物網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計，以同時實(shí)現(xiàn)水熱管理。具有高交聯(lián)密度的聚乙烯醇(PVA)網(wǎng)絡(luò)(一種限制凝膠飽和水含量的骨架)被聚苯乙烯磺酸鹽(PSS)網(wǎng)絡(luò)滲透，該聚苯乙烯磺酸鹽網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的凝膠(IPNG)可以將超過50%的所含水活化為中間狀態(tài)。通過使用經(jīng)濟(jì)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(dá)≈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(fā)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(jìn)行陽光照射，并通過應(yīng)用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)評估了所收集水的質(zhì)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(shù)量級，低于通過基于膜的海水淡化技術(shù)提純的值。IPNG具有長期穩(wěn)定性和耐用性。

　　圖2 在一個太陽光下產(chǎn)生蒸氣。a)在一個太陽光下，IPNG作用的水蒸發(fā)。b)一個太陽光下IPNG的太陽蒸發(fā)率和能效。c)脫鹽前后，實(shí)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(fā)速率和能效。

　　為了證明可以實(shí)際凈化生活污水，對廚房，洗衣房和浴室產(chǎn)生的廢水進(jìn)行了污水處理。凈化前后的生活污水?dāng)?shù)字圖像(圖3a)，可以看出，經(jīng)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(dǎo)率測試仔細(xì)跟蹤廢水樣品的鹽度，以評估IPNG去除無機(jī)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(shù)量級，低于世界衛(wèi)生組織和美國環(huán)境保護(hù)局規(guī)定的飲用水標(biāo)準(zhǔn)(圖3b)。

　　蒸發(fā)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(lán)點(diǎn))，表明IPNG在廢水凈化過程中的穩(wěn)定性。此外，這些廢水中的有機(jī)化合物濃度(通過總有機(jī)物含量(TOC)分析儀測量)在純化后降低了2-3個數(shù)量級(圖3c)，其性能優(yōu)于超濾(圖3c中的淺藍(lán)色背景)，與反滲透技術(shù)(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(chǎn)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(chǎn)生的廢水中IPNG的蒸發(fā)速率，表明有效去除了鹽分c)廚房，洗衣房和浴室產(chǎn)生的廢水中的總有機(jī)物含量(TOC)表明有效去除了有機(jī)污染物。

　　總結(jié)：互穿網(wǎng)絡(luò)中的離子聚合物可以提供與水分子的靜電相互作用，產(chǎn)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(qiáng)能源利用效率。所獲得的IPNG在一次陽光照射下能夠?qū)崿F(xiàn)約3.86 kg m-2h-1的高太陽蒸氣產(chǎn)生速率和約92%的能量效率。

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