近日，中國科學院上海應用物理研究所在利用高能射線輻照技術制備多功能水凝膠用于光熱驅動海水淡化和放射性廢水凈化方面取得重要進展，相關成果以“Multifunctional graphene/Ag hydrogel with antimicrobial and catalytic properties for efficient Solar-driven desalination and wastewater purification”為題，發表在化工領域國際頂級期刊《Chemical Engineering Journal》，論文第一作者為上海應物所博士研究生林琳，通訊作者為應用化學部李吉豪副研究員和李林繁研究員。

開發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。為了獲得更高蒸發效率，人們一直在努力研究新型光熱材料，并優化蒸發器的結構和性能。海水中的油污、有機染料、重金屬污染、有害放射性污染和微生物等都會對蒸發器的蒸發性能和使用壽命產生較大影響。因此，如何維持光熱材料蒸發器在復雜環境中的高效蒸發和長期穩定性仍然是一項難題。

該研究工作通過材料的結構和功能設計，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/銀復合水凝膠多功能材料（ArG-Ag）。研究發現，ArG-Ag中，親水性聚丙烯酰胺交聯網絡提供優異的水蒸發通道，還原氧化石墨烯提供增強復合水凝膠結構強度的功能和優良的光熱轉換性能，銀納米顆粒與石墨烯的復合協同作用在提供優良的光熱轉換性能的同時提供了優異的耐生物污染性能，ArG-Ag蒸發速率達到 3.089 kg m^-2 h^-1（一個標準太陽光強度），蒸發效率達到 122.7%。ArG-Ag對大腸桿菌的 24 小時抑菌率達 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。值得注意的是，該ArG-Ag蒸發器在含油、含表面活性劑和含模擬放射性元素廢水中依然保持優異的蒸發速率，研究發現蒸發后的冷凝水中各種模擬放射性元素含量大大降低，實現廢水凈化目標。這項工作為合成和設計集高效蒸發性能、耐鹽性、抗菌性、防污性和催化性于一體的多功能蒸發器提供了一種新策略。（應用化學技術部 供稿）  

原文鏈接: https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147249

圖1輻照技術制備多功能復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用示意圖。