抗盐垢CMWCNTs功能化石墨烯气凝胶实现高效太阳能界面盐水蒸发

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Salt-Fouling-Resistant CMWCNTs-Functionalized Graphene Aerogel for High-Efficiency Solar Interfacial Brine Evaporation

　　本研究通过一锅法水热组装结合常温干燥，成功制备羧基化多壁碳纳米管（CMWCNTs）功能化石墨烯气凝胶（CMWCNTs/GA）。优化后的MCG-3复合材料在2.67 wt% NaCl溶液中实现2.57 kg·m?2·h?1蒸发速率和91.4%光热转换效率，其三维多孔结构与超亲水性有效促进水传输与相变，CMWCNTs构建的抗污结构在20 wt%高盐环境下仍保持1.74 kg·m?2·h?1稳定蒸发，为高盐废水处理提供可规模化应用的解决方案。

　　

Highlight

通过冷冻（-18°C）结合自然干燥的一锅法水热组装，构建具有分级孔隙结构的羧基化多壁碳纳米管（CMWCNTs）功能化石墨烯气凝胶（CMWCNTs/GA）。该材料展现超轻特性（密度低至9.8 mg/cm3）、超高孔隙率（98.7%）和优异亲水性（接触角12.3°），其独特纤维网络结构为水分子传输提供快速通道。

Results and discussion

抗坏血酸可快速还原氧化石墨烯（GO）并交联形成黑色石墨烯水凝胶。在此过程中，GO表面含氧基团被逐步还原，石墨烯特有的sp²-sp²共轭体系得以重建。GO与CMWCNTs的化学交联首先建立三维石墨烯网络，随后通过-18°C冷冻和自然干燥锁定该支架，形成用于高效太阳能蒸汽生成的稳固框架。

Conclusion

综上所述，MCG-3通过一步水热组装结合冷冻（-18°C）和自然干燥工艺合成。水热处理期间，还原氧化石墨烯（rGO）片层与CMWCNTs共价交联形成分级多孔三维纤维支架，后续冷冻干燥步骤完好保存了该结构而无孔隙坍塌。超轻高孔基质可漂浮于水面并实现局域界面加热。CMWCNTs作为光热放大器与水道工程师，协同石墨烯宽带吸收实现91.4%的太阳能转换效率，其抗盐结晶特性使材料在20 wt%高盐环境中保持长期稳定蒸发。