《AM》：3D打印助力纳米纤维素/氯化锂吸收剂从空气中快速集水

来源：高分子科学前沿

吸湿性盐基复合吸收剂是利用太阳能驱动进行大气集水（AWH）的理想选择之一，传统的设计策略是将吸湿性盐负载到多孔基质中，但表面吸湿位点的失活及结构的高曲折度导致吸收剂的水蒸汽吸收及释放速率较慢，尽管定向冷冻干燥法可以通过构建垂直排列的孔结构加速吸收剂的水蒸汽吸收及释放速率，但对垂直孔结构的精准调控仍存在挑战。

近日，不列颠哥伦比亚大学姜锋教授、华南理工大学陈港教授、东北林业大学陈文帅教授合作，利用3D打印结合冷冻干燥技术，开发了一种兼具高度垂直对齐的毫米级孔结构及微米级孔结构的纳米纤维素/氯化锂复合吸收剂，其分级的孔结构设计为防止氯化锂的泄露及加速水蒸汽的吸收及释放提供了一种新的策略。该研究成果以“3D Printed Cellulose Nanofiber Aerogel Scaffold with Hierarchical Porous Structures for Fast Solar‐driven Atmospheric Water Harvesting”为题发表于国际顶级期刊《Advanced Materials》，不列颠哥伦比亚大学博士后朱朋辉为论文的第一作者。

该工作通过3D打印及冷冻干燥技术，制备了双层结构的纳米纤维素/氯化锂-纳米纤维素/碳纳米管多孔吸收剂。由3D打印和冷冻干燥衍生的多尺度孔结构能有效增加氯化锂暴露于空气中的吸湿活性位点，实现底层纳米纤维素/氯化锂结构对水蒸气的快速吸收并储存于亲水性纳米纤维素网络中。同时，顶层的纳米纤维素/碳纳米管能够将吸收的太阳能转化为热能以蒸发底层结构吸收的水。与常规冷冻干燥法制备的双层气凝胶吸收剂相比，3D打印双层支架表现出更高效的吸水及释水性能，并且成功实现从空气中集水，展示了3D打印纤维素基支架在大气集水领域的实际应用潜力。

图1. 3D打印双层支架吸收剂的结构和工作原理。

图2. 纳米纤维素的形态、纳米纤维素3D打印墨水的流变性能以及所制备纳米纤维素/氯化锂支架的物理性能和形态表征。

图3. 纳米纤维素/氯化锂支架的水吸收性能表征。

图4. 纳米纤维素/氯化锂-纳米纤维素/碳纳米管双层支架的水释放性能表征。

图5. 纳米纤维素/氯化锂-纳米纤维素/碳纳米管双层支架阵列实际大气集水性能展示。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202306653