光催化和太阳能光热蒸发的多孔石墨烯/聚吡咯(GA/PPy)气凝胶材料在净水处理中的研究及应用

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进入21世纪,由于人类生活水平的提高、气候变化、人口增长和工业发展等因素,水资源需求日益严峻。因此,高效利用丰富的海水和工业废水,通过一系列方法获得清洁水是解决水资源短缺危机最有效的措施之一。太阳能驱动净水技术可以实现环境友好、低成本、无额外动力输入的清洁水生产,在太阳能驱动净水方面显示出巨大潜力,成为解决水资源短缺危机的热点和前沿研究领域。人们采取增强光吸收、优化光热转换效率、抗盐能力、调节水蒸发焓等提高太阳能驱动净水效率的策略。然而,尽管这些策略可以实现水分蒸发的增强和高能效,但高质量的清洁水只能从含有无机或大多数高沸点有机物的水源中获得。一般来说,源水中不仅含有盐类或高沸点有机物,通常还包括苯酚等挥发性有机物( VOCs )。当蒸发发生时,大部分盐类、重金属离子和高沸点有机物都集中在源水中,但VOCs会随水很容易蒸发并富集在馏出水中,使一切努力都白费。因此,VOCs污染水源水的处理是太阳能驱动水净化中的致命问题,但据我们所知,目前有关VOCs污染水源水蒸发处理的研究进展仅十分有限。为了解决这一问题,迫切需要一种能够在太阳能蒸汽产生过程中去VOCs组分的材料。 本项目开发了一种用于集成光催化和太阳能光热蒸发的多孔石墨烯/聚吡咯(GA/PPy)气凝胶材料,可有效的用于太阳能的光热水蒸发从而产生洁净水。PPy有利于抑制石墨烯聚集,并提供光催化活性物种。多孔石墨烯气凝胶结构有利于光的吸收和水分的传输,从而提供高效的水分蒸发。在1.0个太阳光强度的照射下,GA/PPy气凝胶具有较高的蒸发速率(1.68kgm-2h-1)和93.97%的能量转换效率。同时气凝胶中较长的平均光生载流子寿命赋予其对不同有机污染物的光催化降解能力。将光催化技术融入太阳能驱动的水蒸发过程中,蒸馏水中苯酚的去除率达到94.80 %。因此,这种高效光热效应水蒸发与光催化相结合的净水策略克服了太阳能蒸汽发电过程中VOCs组分难以去除的缺点,在有机废水处理、海水淡化和水环境净化方面具有广泛的应用前景。