中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所利用高能射線輻照技術(shù)制備出多功能水凝膠，以用于光熱驅(qū)動海水淡化和放射性廢水凈化。近日，相關(guān)研究成果以Multifunctional graphene/Ag hydrogel with antimicrobial and catalytic properties for efficient Solar-driven desalination and wastewater purification為題，發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》(Chemical Engineering Journal)上。
 

　　開發(fā)高效的光熱海水淡化和廢水凈化裝置，對解決淡水短缺和廢水處理等問題具有重要意義。為了獲得更高蒸發(fā)效率，科學(xué)家致力于研究新型光熱材料，并優(yōu)化蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和性能。海水中的油污、有機(jī)染料、重金屬污染、有害放射性污染和微生物等均對蒸發(fā)器的蒸發(fā)性能和使用壽命產(chǎn)生較大影響。因此，如何維持光熱材料蒸發(fā)器在復(fù)雜環(huán)境中的高效蒸發(fā)和長期穩(wěn)定性仍是難題。
 

　　該研究通過材料的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計，采用一步輻射聚合與還原自組裝法，原位合成了集高效光熱蒸發(fā)性能、耐鹽性、抗菌性、防污性和催化性于一體的聚丙烯酰胺基還原氧化石墨烯/銀復(fù)合水凝膠多功能材料(ArG-Ag)。研究發(fā)現(xiàn)：在ArG-Ag中，親水性聚丙烯酰胺交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)提供優(yōu)異的水蒸發(fā)通道，還原氧化石墨烯提供增強(qiáng)復(fù)合水凝膠結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的功能和優(yōu)良的光熱轉(zhuǎn)換性能，銀納米顆粒與石墨烯的復(fù)合協(xié)同作用在提供優(yōu)良的光熱轉(zhuǎn)換性能的同時提供了優(yōu)異的耐生物污染性能；ArG-Ag蒸發(fā)速率達(dá)到3.089 kg m-2?h-1(一個標(biāo)準(zhǔn)太陽光強(qiáng)度)，蒸發(fā)效率達(dá)到122.7%。ArG-Ag對大腸桿菌的24小時抑菌率達(dá)99%，并具有210天的長期防霉性能，可有效抵御海水的生物污染。ArG-Ag蒸發(fā)器在含油、含表面活性劑和含模擬放射性元素廢水中依然保持優(yōu)異的蒸發(fā)速率。研究顯示，蒸發(fā)后的冷凝水中的各種模擬放射性元素含量降低，實(shí)現(xiàn)了廢水凈化的目標(biāo)。
 

　　上述研究為合成和設(shè)計集高效蒸發(fā)性能、耐鹽性、抗菌性、防污性和催化性于一體的多功能蒸發(fā)器提供了新策略。
 

　　輻照技術(shù)制備多功能復(fù)合水凝膠在高效海水淡化、抗菌防霉、放射性廢水凈化方面的應(yīng)用示意圖