优良悬浮球生物填料生产厂家用于污水净化的水凝胶，净化能力优于超滤，可与反渗透技术媲美

　　优良悬浮球生物填料生产厂家用于污水净化的水凝胶，净化能力优于超滤，可与反渗透技术媲美

　　优良悬浮球生物填料厂家用于污水净化的水凝胶，净化能力优于超滤，可与反渗透技术媲美。太阳能驱动的界面蒸发为水淡化提供了一种有前景的方法，但是蒸汽产生耗能高，限制了这项技术的实用性。已开发了基于水凝胶的材料，它可以减少蒸汽产生的能量需求。其克服了水蒸发消耗大量能量与自然阳光输入的相对较弱的能量之间的不匹配。但水凝胶的太阳能蒸发器的一个基本挑战是，聚合物链中的亲水基团作为水活化必不可少的功能性成分，会导致水凝胶中水含量高，热量分散并降低整体效率。

　　美国德克萨斯大学余桂华教授、赵飞教授(共同通讯)报道了一种控制水凝胶中聚合物网络水合作用，其中高度水合的聚合物网络可将作为骨架的致密交联聚合物功能化。

　　聚合物链的水合作用会产生大量弱结合的水分子，从而促进水的蒸发。水凝胶基太阳能蒸发器可以利用太阳能从各种污染物中提取水，如盐、洗涤剂和重金属成分，具有长期的耐久性和稳定性。这项工作展示了一种在分子水平上调节水与材料之间相互作用的有效方法，以及一种针对含有复杂污染物的废水的节能水处理技术。

　　通过水凝胶中聚合物网络的拓扑结构设计，以同时实现水热管理。具有高交联密度的聚乙烯醇(PVA)网络(一种限制凝胶饱和水含量的骨架)被聚苯乙烯磺酸盐(PSS)网络渗透，该聚苯乙烯磺酸盐网络可以通过静电和氢键被水分子主动水合。

　　具有这种互穿聚合物网络的凝胶(IPNG)可以将超过50%的所含水活化为中间状态。通过使用经济高效的活性炭作为太阳能吸收器，IPNG在一个太阳光下的SVG率高达≈3.86kg m-2 h-1，能量效率约为92%，可长期去除废水中的盐分，非挥发性洗涤剂和重金属离子。

　　图1 基于IPNG的可控水化太阳能净水原理图。为了证明IPNG的海水淡化性能，对海水样品进行阳光照射，并通过应用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)评估了所收集水的质量。图2c展示了在通过IPNG3纯化之前和之后四个主要离子(Na+，Mg2+，K+和Ca2+)的浓度。该值显着降低了2-3个数量级，低于通过基于膜的海水淡化技术提纯的值。IPNG具有长期稳定性和耐用性。

　　图2 在一个太阳光下产生蒸气。a)在一个太阳光下，IPNG作用的水蒸发。b)一个太阳光下IPNG的太阳蒸发率和能效。c)脱盐前后，实际海水样品中测得的四个初级离子的浓度。d)浸入海水一周的IPNG3的水蒸发速率和能效。

　　为了证明可以实际净化生活污水，对厨房，洗衣房和浴室产生的废水进行了污水处理。净化前后的生活污水数字图像(图3a)，可以看出，经过IPNG的太阳能净水工艺后，可获得净水。

　　纯化后，三种废水的pH值接近7。通过电导率测试仔细跟踪废水样品的盐度，以评估IPNG去除无机盐的能力。净化后，这些废水样品的盐度显着降低了大约三个数量级，低于世界卫生组织和美国环境保护局规定的饮用水标准(图3b)。

　　蒸发速率这些废水中的样品与纯净水中的样品相似(图3b中的蓝点)，表明IPNG在废水净化过程中的稳定性。此外，这些废水中的有机化合物浓度(通过总有机物含量(TOC)分析仪测量)在纯化后降低了2-3个数量级(图3c)，其性能优于超滤(图3c中的浅蓝色背景)，与反渗透技术(图3c中的浅橙色背景)相媲美。

　　图3 废水净化。a)显示净化前后厨房，洗衣房和浴室产生的废水。b)净化前后废水样品的盐度，以及基于厨房，洗衣房和浴室产生的废水中IPNG的蒸发速率，表明有效去除了盐分c)厨房，洗衣房和浴室产生的废水中的总有机物含量(TOC)表明有效去除了有机污染物。

　　总结：互穿网络中的离子聚合物可以提供与水分子的静电相互作用，产生更多的活化水并降低SVG的总能量需求，而亲水聚合物可以限制水凝胶中的水量以抑制能量损失并增强能源利用效率。所获得的IPNG在一次阳光照射下能够实现约3.86 kg m-2h-1的高太阳蒸气产生速率和约92%的能量效率。

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