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還元グラフェン酸化物とヒドロキシアパタイトナノワイヤーをベースにした柔軟な塩分拒否型光熱紙を開発し、太陽エネルギーを利用した高効率の蒸気発生と安定した海水淡水化を実現しました
Flexible Salt-Rejecting Photothermal Paper Based on Reduced Graphene Oxide and Hydroxyapatite Nanowires for High-Efficiency Solar Energy-Driven Vapor Generation and Stable Desalination.
PMID: 32648729 DOI: 10.1021/acsami.0c05986.
抄録
太陽エネルギーを利用した蒸気発生技術は、世界的な水危機を解決するための排水浄化や海水淡水化のための効率的な技術として注目されています。しかし、蒸発面への塩析出は、長期的な安定した水の蒸発性能を著しく低下させます。ここでは、太陽エネルギーを利用した高性能な水の蒸発と海水の安定的な淡水化のために、還元酸化グラフェン(rGO)と超長繊維のハイドロキシアパタイトナノワイヤー(HN)からなる柔軟な塩析防止光熱紙を開発した。このrGO/HN光熱紙は、階層的な多孔質構造、相互接続されたチャネル、高い機械的強度、太陽光吸収と光熱変換の高効率、高速水輸送、良好な断熱性と塩分拒否性などの利点を有している。さらに、rGO/HN光熱紙の親水性と疎水性は、熱処理時間を調整することによって調整することができます。本発明の親水性ｒＧＯ／ＨＮ光熱紙は、太陽照射（１ｋＷ ｍ）下での水蒸発率が1.48ｋｇｍ・ｈ、エネルギー効率が89.2％であった。この疎水性rGO/HN光熱紙は、海水淡水化のプロセスにおいて、長時間安定した水分蒸発性能と塩をはじく性能を示した。柔軟性のある塩をはじくrGO/HN光熱紙は、有機色素、金属イオン、塩イオンの高い拒絶率で排水や海水からきれいな水を生成することができ、水質浄化や海水淡水化への応用が有望である。
Vapor generation using solar energy is emerging as an efficient technology for wastewater purification and seawater desalination to relieve global water crisis. However, salt deposition on the evaporation surface seriously impairs the long-term steady water evaporation performance. Herein, the flexible salt-rejecting photothermal paper comprising reduced graphene oxide (rGO) and ultralong hydroxyapatite nanowires (HNs) has been developed for high-performance solar energy-driven water evaporation and stable desalination of seawater. The rGO/HN photothermal paper has advantages such as the hierarchical porous structure, interconnected channels, high mechanical strength, high efficiencies of solar light absorption and photothermal conversion, fast water transportation, and good heat insulation and salt-rejecting properties. Furthermore, the hydrophilicity and hydrophobicity of the rGO/HN photothermal paper can be adjusted by regulating the thermal treatment time. The water evaporation rate and energy efficiency of the hydrophilic rGO/HN photothermal paper are 1.48 kg m h and 89.2%, respectively, under 1 sun illumination (1 kW m). The hydrophobic rGO/HN photothermal paper shows a long-time stable water evaporation and salt-rejecting performance in the process of seawater desalination. The flexible salt-rejecting rGO/HN photothermal paper can produce clean water from wastewater and seawater with high rejection rates of organic dyes, metal ions, and salt ions, and it is promising for applications in water purification and seawater desalination.