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通讯单位：德克萨斯大学奥斯汀分校
论文DOI：
https://doi.org/10.1002/adma.202110548
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背景介绍
挥发性有机化合物 (VOCs) 源自生活、工业和农业废水，在低浓度下可能对人体健康有害。水溶性 VOCs已侵入水循环系统并成为全球健康威胁（图1a)。根据美国环境保护署 (US EPA) 进行的一项调查，全国五分之一的供水中都可以检测到 VOC。开发有效的技术来消除水中的 VOC，对于确保清洁和安全的饮用水有重要意义。与传统的去除 VOCs 的水净化技术相一致，该技术也包括吸附过滤、催化降解、膜蒸馏和全蒸发等。研究人员探索了 VOCs/水分离，其中设计的选择性渗透分离器能够实现水和 VOCs 分子的不同迁移通量。然而，由于功能膜对水和低浓度 VOCs 的选择性不足，在高能效下生产饮用水仍然具有挑战性。
图文解析
图 2. SWEG 的表征。a) SWEG 膜的照片。b）SWEG的横截面SEM图像，呈现出均匀致密的结构。c) SWEG 的高倍 SEM 图像，显示了光滑的横截面。d) 与传统水凝胶相比，SWEGs 的饱和含水量处于较低水平。e,f) 不同饱和含水量SWEGs的 (e)应变-应力曲线和 (f) XRD分析。
图3. 基于 SWEG 的 VOC 排斥机制。a) FTIR 光谱，显示了 SWEG 中的亲水基团。b）追踪纯冰和完全水合SWEG的融化行为的DSC曲线，其中直线表明相应样品中的所有水分子通过氢键与HPN强烈相互作用，成为不可结冰的水。c) HPN与所含水分子之间的氢键示意图。
图4. 基于 SWEG 的太阳能蒸馏。a) 太阳能与空气和水循环系统集成的示意图。b) 具有 SWEG 的开放系统与没有HPN 的、基于藻酸盐水凝胶的对照实验系统所产生的太阳能蒸汽性能的对比。c）SWEG在封闭系统中，不同气流通量下的产水量。(b) 和 (c) 所示试验相关的水是浓度为 50 ppm 的苯酚水溶液。d) 使用 SWEG 和不含 HPN 的水凝胶作为太阳能蒸发器，所纯化的水中的苯酚残留。样品是浓度为 20、50 和 100 ppm 的苯酚水溶液，分别表示为 p20、p50 和 p100。e) 使用 SWEG 和不含 HPN 的水凝胶作为太阳能蒸发器，所纯化的水中的残留三氯乙烯。样品是浓度为 20、50 和 100 ppm 的三氯乙烯水溶液，分别表示为 t20、t50 和 t100。(d) 和 (e) 中的绿色和粉色虚线分别显示了 WHO 和 US EPA 推荐的健康饮用水标准。f) 去除苯酚和三氯乙烯的长期性能。进水中苯酚和三氯乙烯的浓度均为 100 ppm。
图 5.与现有的 VOC 消除技术的比较。基于 SWEG 的太阳能蒸馏技术明显降低了对电力的依赖，这得益于太阳能的利用。此外，作为一种替代概念，基于 SWEG 的蒸馏可以生产出用于日常饮用的、安全的高质量水，超过了先前 道的技术。
总结与展望
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