利用半透膜和含有半互穿聚合物网络的各种聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶进行水分通量评估

《Journal of Applied Polymer Science》：Water Flux Evaluation by Using Semipermeable Membrane and Various Poly(N-Isopropyl Acrylamide) Hydrogels With Semi-Interpenetrating Polymer Network

提出新型大气水收集系统，整合吸湿盐、半渗透膜及热响应水凝胶。通过调控PNIPAm水凝胶的交联密度、离子电荷及亲水性，结合不同盐浓度测试水通量（W.F.），发现支化结构和高摩尔数盐可提升效率，冷冻干燥壳聚糖凝胶水通量达52.9 mL/m2·h，显著优于传统半互穿网络材料。研究强调需优化水凝胶的机械与分子特性，未来将提升热响应性和水回收效率，推动大气脱盐实用化。

　　

摘要

为应对全球水资源短缺问题，本文提出了一种新型的大气水分收集（AWH）系统，该系统结合了吸湿盐、半透膜和热响应性水凝胶。首先，像CaCl₂这样的盐类吸收水分，然后通过基于聚(N-异丙基丙烯酰胺)（PNIPAm）的水凝胶进行净化。开发了多种具有不同交联密度、离子电荷和亲水性的PNIPAm水凝胶，其中包括含有PEG、支链淀粉或海泡石的半互穿聚合物网络（semi-IPNs）。在不同盐浓度下评估了水通量（W.F.），以研究水凝胶结构的影响。含有20%支链淀粉的semi-PEG11000和semi-IPNs表现出较高的水通量值（分别为9.8 ± 1.0和19.0 ± 0.3 mL/m²h^?1），表明较大的分子量和分支结构有助于促进渗透驱动的水分传输。冻干壳聚糖水凝胶的水通量最高（52.9 ± 10.6 mL/m²h^?1），几乎是传统semi-IPNs的五倍，这突显了多孔宏观结构的优势。观察到储能模量与水通量之间存在正相关关系；然而，分子特性也会影响性能。这些结果强调了优化水凝胶机械性能和分子特性的必要性。未来的研究将致力于提高热响应性和水分回收效率，推动大气海水淡化技术的实际应用。

图形摘要

使用半透膜和含有半互穿聚合物网络的多种聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶进行的水通量评估。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。