1成果简介
基于气凝胶的太阳能界面蒸发（SIE）技术在水资源循环中发挥了重要作用，主要应用于海水淡化和水净化。然而，现阶段海水中的PFAS污染导致太阳能界面水蒸发技术的应用受到限制。本文，郑州大学生态与环境学院“资源环境与低碳技术实验室”团队在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“Dual-functional nanocellulose/graphene aerogel for enhanced solar interfacial water evaporation and per-/polyfluoroalkyl substances removal”的论文，第一作者是郑州大学生态与环境学院硕士生宋嘉枢，通讯作者是赵楠教授。
在这项研究中，开发了一种海藻酸钠和钙离子双交联石墨烯/纳米纤维素气凝胶，用于特异性处理全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）污染的海水。在1个太阳光照下，CSGA-Ca的蒸发速率为2.10 kg·h-1·m-2，光热转换效率为91.1%。此外还具有出色的耐盐性，自清洁性能以及优异的海水，PFAS废水的净化性能。
2图文导读
图1. (a) CSGA- Ca的制备过程；(b) CA、CSA、CSGA、CSGA- CA的FTIR光谱和(c) XRD谱图。
图2.(a) CA的C1s光谱; (b) CSGA-Ca的C1s光谱; (c) CSGA的XPS全谱; (d) CSGA-Ca的Ca-2p光谱; (e) CA和CSGA的紫外-可见-近红外吸收光谱; (f) CSGA-Ca的水接触角。
图3. (a) CA, (b) CSA, (c) CSGA和(d) CSGA- CA的SEM图像
图4.(a)不同光照1h下气凝胶表面温度的变化; (b)不同光照1h下水的质量变化; (c)亮灯时CSGA-Ca温度变化的红外图像。
图5.不同石墨烯负载CSGA-Ca的蒸发速率和(a)光热转换效率(b)界面温度;不同光强下CSGA50-Ca的蒸发速率及(c)光热转换效率和界面温度(d)水分蒸发效率。
图6. (a)封闭系统1次光照条件下CSGA50-Ca与海水和纯水的蒸发速率和蒸发效率; (b)正常系统和回流系统(图示为水蒸发4h后的封闭系统图像); (c)淡化前后海水中Na+、Mg2+、Ca2+、K+的浓度; (d) CSGA50-Ca在海水中1次光照下进行10次循环测试
图7.(a) CSGA-Ca吸附PFOA的准一级动力学和准二级动力学模型; (b) CSGA-Ca吸附PFOA的颗粒内扩散模型; (c)气凝胶在单一和混合条件下对PFNA、PFOA和PFHxS的吸附能力; (d)伪一级动力学和伪二级动力学; (e) CSGA-Ca吸附PFNA的颗粒内扩散模型; (f) CSGA-Ca吸附PFHxS前后的C1s光谱; (g) CSGA-Ca吸附PFHxS的准一级动力学和准二级动力学模型及(h)颗粒内扩散模型；(i) CSGA吸附后的XPS光谱.
图8. (a) 10次循环后气凝胶对PFNA、PFOA和PFHxS的吸附量; (b) CSGA-Ca吸附PFAS机理图; (c)含PFAS模拟海水中SIE的实验过程; (d) CSGA-Ca太阳界面蒸发前后回流水中PFAS浓度; LCA分析CSGA-Ca的环境影响; (e) CSGA-Ca与另外两个可比较蒸发器的GWP 20a; (f) CSGA-Ca与另外两个可比较蒸发器在不同方面的环境影响（以影响最大的材料归一化）
3小结
该研究采用冷冻干燥法合成了石墨烯/纳米纤维素气凝胶，并通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、x射线光电子能谱(XPS)、x射线衍射(XRD)等分析技术，对CSGA-Ca的合成机理进行了研究。此外，研究了CSGA-Ca的界面太阳蒸发性能，考察了关键影响因素，并探讨了其吸附PFAS的潜力和潜在机制。为了验证CSGA-Ca的可持续利用和环境相容性，进行了循环实验和生命周期评价(LCA)。最终，研究结果表明，CSGA-Ca具有双重功能，有效促进太阳界面蒸发和吸附PFAS，突出了其在PFAS污染环境中的海水蒸发和净化潜力
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