《AM》：3D打印助力納米纖維素/氯化鋰吸收劑從空氣中快速集水

來源：高分子科學前沿

吸濕性鹽基復合吸收劑是利用太陽能驅(qū)動進行大氣集水（AWH）的理想選擇之一，傳統(tǒng)的設計策略是將吸濕性鹽負載到多孔基質(zhì)中，但表面吸濕位點的失活及結(jié)構(gòu)的高曲折度導致吸收劑的水蒸汽吸收及釋放速率較慢，盡管定向冷凍干燥法可以通過構(gòu)建垂直排列的孔結(jié)構(gòu)加速吸收劑的水蒸汽吸收及釋放速率，但對垂直孔結(jié)構(gòu)的精準調(diào)控仍存在挑戰(zhàn)。

近日，不列顛哥倫比亞大學姜鋒教授、華南理工大學陳港教授、東北林業(yè)大學陳文帥教授合作，利用3D打印結(jié)合冷凍干燥技術(shù)，開發(fā)了一種兼具高度垂直對齊的毫米級孔結(jié)構(gòu)及微米級孔結(jié)構(gòu)的納米纖維素/氯化鋰復合吸收劑，其分級的孔結(jié)構(gòu)設計為防止氯化鋰的泄露及加速水蒸汽的吸收及釋放提供了一種新的策略。該研究成果以“3D Printed Cellulose Nanofiber Aerogel Scaffold with Hierarchical Porous Structures for Fast Solar‐driven Atmospheric Water Harvesting”為題發(fā)表于國際頂級期刊《Advanced Materials》，不列顛哥倫比亞大學博士后朱朋輝為論文的第一作者。

該工作通過3D打印及冷凍干燥技術(shù)，制備了雙層結(jié)構(gòu)的納米纖維素/氯化鋰-納米纖維素/碳納米管多孔吸收劑。由3D打印和冷凍干燥衍生的多尺度孔結(jié)構(gòu)能有效增加氯化鋰暴露于空氣中的吸濕活性位點，實現(xiàn)底層納米纖維素/氯化鋰結(jié)構(gòu)對水蒸氣的快速吸收并儲存于親水性納米纖維素網(wǎng)絡中。同時，頂層的納米纖維素/碳納米管能夠?qū)⑽�收的太陽能轉(zhuǎn)化為熱能以蒸發(fā)底層結(jié)構(gòu)吸收的水。與常規(guī)冷凍干燥法制備的雙層氣凝膠吸收劑相比，3D打印雙層支架表現(xiàn)出更高效的吸水及釋水性能，并且成功實現(xiàn)從空氣中集水，展示了3D打印纖維素基支架在大氣集水領(lǐng)域的實際應用潛力。

圖1. 3D打印雙層支架吸收劑的結(jié)構(gòu)和工作原理。

圖2. 納米纖維素的形態(tài)、納米纖維素3D打印墨水的流變性能以及所制備納米纖維素/氯化鋰支架的物理性能和形態(tài)表征。

圖3. 納米纖維素/氯化鋰支架的水吸收性能表征。

圖4. 納米纖維素/氯化鋰-納米纖維素/碳納米管雙層支架的水釋放性能表征。

圖5. 納米纖維素/氯化鋰-納米纖維素/碳納米管雙層支架陣列實際大氣集水性能展示。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202306653