【文章概述】

淡水短缺是威胁人类发展的全球性问题。全世界每年约有10亿人面临严重的水资源短缺，寻找可利用的水源对农业灌溉和居民生活用水至关重要。虽然一些地区已经可以从大气水中获取淡水，但捕水材料的结构设计复杂和淡水的低效再生限制在干旱或沙漠地区的大规模推广。除大气水外，表层土壤水分(SSM)也是一种很有前景的水源。SSM的水资源有效的开发利用是解决干旱荒漠地区水资源短缺问题的一种有效方案。经过研究证明水凝胶在许多淡水生产方面是有效的。以水凝胶为基础的太阳能生产水系统已广泛用于从海水、湖水、工业废水和大气水中生产淡水。但是，纯PNIPAM水凝胶通常吸水能力有限，还不足以从SSM中提取水。因此，设计有效的SSM捕获水凝胶和生成淡水的合适系统是很有挑战的工作。

【成果简介】

华中科技大学张连斌团队开发了一种应用于SSM生产淡水的光响应性双层水凝胶(LRBH)，通过NIPAM和丙烯酸(AA)的共聚和聚吡咯(PPy)的原位表面聚合，即使在含水量为3 wt%的沙土中，吸水率也达到4.4 g/g。而位于LRBH顶层的聚吡啶可以在白天吸收太阳光加热水凝胶，使水凝胶的温度迅速上升到LRBH的较低临界溶液温度(LCST)以上。结果，LRBH中的淡水被迅速排出。在模拟太阳光照射下，LRBH内吸收的水分中68.6%可在20分钟内释放出来。这项工作为干旱或沙漠地区收集淡水提供了一种新的替代策略。该材料符合奇材馆理念，后续开发值得期待！

【图文导图】

LRBH的制备和SSM的LRBH基淡水生产系统示意图。

图1(A) PNA2.5膨胀前后直径变化的照片。

(B)不同NIPAM和AA配比的PNA水凝胶在水中的溶胀率。

(C) LRBH在水中的溶胀率。

(D) LRBH和纯PNIPAM水凝胶的DSC热图。

(E) 40℃时LRBH的水释放比。

图2(A-C) LRBH的SEM图像。

(D) LRBH的拉伸性能。

(E) PNIPAM水凝胶、PNA5.0和LRBH的FT-IR光谱。

(F) LRBH的XPS表征的N1s信号。

图3(A)冻干LRBH的漫反射光谱。

(B)冷冻LRBH和PNA5.0在模拟太阳光照射下的表面温度变化。

插图:模拟太阳光照5分钟前(左)和后(右)冷冻LRBH的热图像。

图4(A) LRBH在不同含水量的湿砂土上的吸水性能。

(B) LRBH在模拟太阳光照射下的水释放。

(C) LRBH的WCR时间历程。

(D) LRBH表面温度变化的时间过程。

(E) LRBH在相对湿度为80%的环境下的水释放。

(F) 水分吸收和释放性能的循环测量。

图5收集的淡水和原水的总有机碳值。

插图显示收集的淡水和原水的相应图像

【奇材馆点评】

总之，作者为我们展示了一种从SSM生产淡水的新型LRBH。即使在含水量极低（~3 wt%）的沙质土壤中，LRBH 的吸水量也可达到4.4 g/g。干旱地区的昼夜温度变化也为LRBH的应用提供了环境依据。本研究为干旱或荒漠地区的SSM捕集提供了一种有效、简便的策略和适宜的淡水生成系统。期待后续进一步的研究发展。

【论文信息】

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