Umwandlung der intrinsischen Hydrophilie von Ti3C2Tx MXene in Superhydrophobie für eine effiziente photothermische Membranentsalzung

Nature Communications Band 13, Artikelnummer: 3315 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Aufgrund ihrer theoretischen Salzrückhaltefähigkeit von 100 % hat sich die Membrandestillation (MD) als vielversprechender Ansatz zur Meerwasserentsalzung zur Bewältigung der Süßwasserknappheit herausgestellt. Ideale MD erfordert einen hohen Dampfpermeatfluss, der durch einen Temperaturgradienten quer zur Membran (∆T) und eine ausgezeichnete Membranhaltbarkeit erreicht wird. Aufgrund des inhärenten Wärmeverlusts auf der Speisewasserseite, der aus dem kontinuierlichen Wasser-Dampf-Übergang resultiert, ist es jedoch schwierig, ∆T konstant zu halten und eine durch den Benetzungsübergang verursachte Membranverschmutzung und -ablagerung zu verhindern. Hier entwickeln wir eine mit Ti3C2Tx MXene entwickelte Membran, die einen effizienten lokalisierten photothermischen Effekt und eine starke Wasserabweisung verleiht und so eine deutliche Steigerung der Süßwasserproduktionsrate und -stabilität erreicht. Neben dem photothermischen Effekt, der Wärmeverluste umgeht, ermöglicht Ti3C2Tx MXene mit hoher elektrischer Leitfähigkeit auch die Selbstorganisation gleichmäßiger hierarchischer Polymer-Nanokugeln auf seiner Oberfläche durch elektrostatisches Sprühen, wodurch intrinsische Hydrophilie in Superhydrophobie umgewandelt wird. Diese Grenzflächentechnik ermöglicht eine energieeffiziente und hypersaline-stabile photothermische Membrandestillation mit einer hohen Wasserproduktionsrate bei einer Sonneneinstrahlung.

Die Meerwasserentsalzung ist weiterhin ein integraler Bestandteil des Wasserportfolios, um der ständig wachsenden Herausforderung der weltweiten Süßwasserknappheit zu begegnen. Trotz umfangreicher Bemühungen und bemerkenswerter Fortschritte sind die meisten vorhandenen Technologien mit einem hohen Energieaufwand und einem anspruchsvollen Solemanagement verbunden, insbesondere bei der Behandlung hypersaliner Lösungen1,2,3,4,5. Kürzlich hat die Membrandestillation (MD), ein aufkommender thermisch angetriebener membranbasierter Prozess, erhebliche Vorteile gezeigt, wie z. B. eine hohe Salzrückhaltung, eine hohe Wasserrückgewinnung aus der Solebehandlung durch synergetische Integration mit Umkehrosmose (RO) und eine hohe Kompatibilität mit erneuerbaren Energien Energiequellen6,7,8,9,10,11. Bei einem typischen Direktkontakt-Membrandestillationsprozess (DCMD) fließen heißes Salzwasser (Einspeisung) und kaltes gereinigtes Wasser (Permeat) auf den gegenüberliegenden Seiten einer hydrophoben Membran und erzeugen so einen Temperaturgradienten (∆T) über die Membran hinweg, der das Wasser antreibt -zu-Dampf-Übergang (Abb. 1a). Die hydrophobe Membran dient sowohl als Medium für den Dampftransport als auch als Barriere gegen direkte Flüssigkeitspermeation und ermöglicht effektiv den Transport von Dampf von der Zufuhrseite zur Permeatseite und die Kondensation in Süßwasser, während sie flüssiges Wasser und Salzionen zurückhält.

a Das herkömmliche MD-Verfahren mit thermischer Ineffizienz und Membranbenetzungsproblemen unter Verwendung einer C-PVDF-Membran aufgrund des inhärenten Temperatur- und Konzentrationspolarisationseffekts. Beim MD-Prozess fließen heißes Meerwasser (gelb) und kaltes Süßwasser (blau) auf den gegenüberliegenden Seiten einer porösen hydrophoben Membran, die eine durch den membranübergreifenden Temperaturgradienten ∆T erzeugte Dampfpermeation ermöglicht, während flüssiges Wasser und Salzionen zurückgewiesen werden. Die blaue Linie stellt die Temperaturpolarisation mit einem fortschreitenden Rückgang von ∆T aufgrund des inhärenten Wärmeverlusts auf der Speisewasserseite infolge des kontinuierlichen Übergangs von Wasser zu Dampf dar. Die gelbe Farbschattierung stellt einen Temperaturabfall in der Nähe der Grenzfläche Zufuhr/Membran im Vergleich zur anfänglichen Zufuhrtemperatur (gelb) dar. Die graue Linie stellt die Konzentrationspolarisierung mit einem allmählichen Anstieg der Salzkonzentration in der Nähe der Grenzfläche dar, was die Neigung zur durch den Benetzungsübergang verursachten Membranverschmutzung und -ablagerung verstärkt. b Optimierter PMD-Prozess mit lokalisierter Oberflächenselbsterwärmung und superhydrophober Membranstabilität dank PM-PVDF-Membran. Die PM-PVDF-Membran ermöglicht eine verbesserte ∆T durch photothermischen Effekt und Nichtbenetzungsleistung durch die superhydrophobe hierarchische MXene-Schicht mit polymeren Nanosphären. Die typische rote Farbschattierung stellt den Temperaturanstieg in der Nähe der Grenzfläche Zufuhr/Membran im Vergleich zur anfänglichen Zufuhrtemperatur (gelb) dar, der aus der lokalen Oberflächenerwärmung durch den photothermischen Effekt resultiert. c MXene-Technik, die eine photothermische Umwandlung und Benetzbarkeitsumwandlung von Hydrophilie zu Superhydrophobie erreicht. Links: TEM-Bild von MXene-Nanoblättern und Nebenbild zeigen die schematische, durch den plasmonischen Effekt verstärkte photothermische Umwandlung von MXene. Rechts: Kontaktwinkel im Ausgangszustand und nach der Ausrüstung mit starker Wasserabweisung.

Grundsätzlich erfordert ein idealer MD-Prozess einen hohen Dampfpermeatfluss, der durch einen konstanten Temperaturgradienten quer zur Membran (∆T) und eine gute Membranhaltbarkeit erreicht werden könnte. Aus Sicht der Wärmeübertragung und des Stoffübergangs in einem herkömmlichen MD-Prozess behindern jedoch zwei Herausforderungen die praktische Anwendung von MD weitgehend. Eine gewaltige Herausforderung ist die Schwierigkeit, ein konstantes ∆T aufrechtzuerhalten. Einerseits erfordert MD einen kontinuierlichen Energieeintrag, um die Speisewassermenge zu erhitzen, um ein konstantes ∆T zu erzeugen und den Übergang von Wasser zu Dampf voranzutreiben. Andererseits nimmt ∆T aufgrund des inhärenten Wärmeverlusts auf der Speisewasserseite infolge des kontinuierlichen Übergangs von Wasser zu Dampf zunehmend ab. Die Temperatur in der Nähe der Grenzfläche zwischen Zufuhr und Membran nimmt ab, was auch als Temperaturpolarisation bezeichnet wird (Abb. 1a, links), was zu einer verringerten Antriebskraft und einer allgemeinen Energieineffizienz führt12,13. Eine wirksame Lösung zur Bewältigung dieser Energieeffizienz von MD besteht darin, ein hohes ∆T aufrechtzuerhalten, indem eine Oberflächenheizmembran mit geringer Leitfähigkeit entwickelt wird12,13,14,15,16,17,18.

Das andere Problem, das die Anwendung herkömmlicher MD behindert, liegt in der Schwierigkeit, eine durch den Benetzungsübergang verursachte Membranverschmutzung und -ablagerung während des Betriebs zu verhindern (Abb. 1a, rechts). In einem idealen MD-Prozess sollte die hydrophobe Membran frei von Porenblockierung und Benetzung gehalten werden, um sowohl eine effiziente Dampfpermeation als auch eine hohe Salzabweisung zu erreichen. Allerdings erhöht die Behandlung von Hypersalzlösungen zwangsläufig die Konzentration von Salzen (oder anderen Bestandteilen im Futter) in der Nähe der Grenzfläche zwischen Futter und Membran. Dieser Konzentrationspolarisierungseffekt verstärkt die Neigung der Membran zur Ablagerung, Benetzung und Verschmutzung, was zu einem Rückgang der Süßwasserproduktionsrate und einem Membranversagen führt19,20,21.

Eine effiziente und nachhaltige Strategie zur Bewältigung dieser Herausforderungen in der konventionellen MD und zur Nutzung des Wasser-Energie-Zusammenhangs könnte die Entwicklung eines photothermischen MD-Systems (PMD) sein12,13,14,22,23,24. Die kontinuierliche und lokalisierte Selbsterwärmung der Oberfläche der photothermischen Membran, die durch die Nutzung von Sonnenenergie erreicht wird, könnte den Temperaturgradienten über die Membran hinweg aufrechterhalten25,26,27,28. Es bleibt jedoch eine große Herausforderung, eine ideale PMD-Membran zu konstruieren, die grundsätzlich die gewünschte Kombination von Eigenschaften besitzt, einschließlich eines effizienten photothermischen Effekts und einer dauerhaften Benetzungsbeständigkeit. Jüngste Studien haben über die Verwendung von Titancarbid (Ti3C2Tx, Tx = –F, –O und –OH) berichtet, einem neuen zweidimensionalen (2D) MXen mit zwischenschichtigen 2D-Kanälen und plasmonisch verstärkten photothermischen Fähigkeiten, das eine große Überlegenheit für ermöglicht solarbetriebene Süßwasserproduktion29,30,31,32,33. Dennoch wird die praktische Anwendung von Titancarbid in MD weitgehend durch seine intrinsische Hydrophilie behindert, die unweigerlich zu einer Benetzung der Membran führt und die Entsalzungsstabilität beeinträchtigt34,35.

Daher versucht diese Studie, eine praktikable und wirksame Strategie für die Entwicklung einer benetzungsbeständigen MXene-Membran vorzustellen, um ihre potenzielle Anwendung zur Behandlung hypersaliner Lösungen voranzutreiben. Konkret schlagen wir eine photothermische Ti3C2Tx MXene-Membran aus Polyvinylidenfluorid (PM-PVDF) vor, die einen effizienten, lokalisierten photothermischen Effekt und eine starke wasserabweisende Wirkung für nachhaltiges PMD verleiht (Abb. 1b). Unser Entwurf der Grenzflächentechnik nutzt hauptsächlich die einzigartige Fähigkeit von MXene zur Sonneneinstrahlung und die hohe elektrische Leitfähigkeit, um sowohl eine hervorragende photothermische Umwandlung als auch eine Benetzbarkeitsumwandlung zu erreichen (Abb. 1c). Einerseits ermöglicht das photothermische MXene eine nachhaltige Selbsterwärmung der Oberfläche, um Wärmeverluste auf der Zufuhrseite zu vermeiden, die durch den kontinuierlichen Übergang von Wasser zu Dampf entstehen, und so einen hohen und konstanten Temperaturgradienten über die Membran hinweg aufrechtzuerhalten. Andererseits ermöglicht die hohe elektrische Leitfähigkeit von MXene die Selbstorganisation einheitlicher hierarchischer polymerer Nanokügelchen durch Elektrosprühen auf seiner Oberfläche, wodurch seine intrinsische Hydrophilie in Superhydrophobie umgewandelt wird, ohne dass eine zusätzliche Oberflächenbehandlung erforderlich ist. Durch die Nutzung der funktionellen Grenzflächentechnik verfügt unsere PM-PVDF-Membran über die gewünschte Energieeffizienz und Benetzungsbeständigkeit für die Behandlung mit Hypersaline-Lösungen, was zu einer erheblichen Steigerung des Flusses und der Stabilität der Süßwasserproduktion führt.

Unsere entwickelte MXene-Engineering-Membran (PM-PVDF) besteht aus zwei Komponenten: der MXene-Engineering-Schicht aus polymeren Nanokügelchen an der Grenzfläche und der Basis-C-PVDF-Membranschicht. Die PM-PVDF-Membran wurde in zwei Schritten hergestellt, wie in Abb. 2a schematisch dargestellt. Ti3C2Tx MXene-Nanoblätter wurden zunächst mit der HCl/LiF-Ätz- und Peeling-Methode synthetisiert, gefolgt von einem anschließenden Gefriertrocknungsprozess (Ergänzende Abbildungen 1–3). Anschließend wurde die MXene-Technik und ihre Einbindung in die C-PVDF-Membranschicht gleichzeitig durch einen einfachen Elektrospray-Prozess zur Bildung der PM-PVDF-Membran erreicht. Der Elektrospray-Engineering-Prozess umfasst hauptsächlich drei Schritte: Bildung geladener Tröpfchen, Coulomb-Explosion und Phasentrennung (Abb. 2b). Als Polymervorläufer für die Ti3C2Tx MXene-Elektrospraylösung verwendeten wir Polydimethylsiloxan (PDMS) und PVDF, dispergiert im mischbaren Lösungsmittel THF und DMF. PDMS ist hydrophob und hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit mit Silan-Si-O-Gruppen, die durch Bindung an die Oberflächenfunktionsgruppen von MXene (-OH, -O und -F) ausreichend Keimbildungsstellen erzeugen könnten. Die Kombination von PDMS und PVDF erzeugt die bevorzugten polymeren Nanokügelchen, die sich unter der Struktursteuerung der hohen elektrischen Leitfähigkeit von MXene selbst anordnen. Es wurde darauf hingewiesen, dass diese polymeren Nanokügelchen nur erzeugt werden können, wenn sowohl PDMS als auch hochmolekulares PVDF vorhanden sind. Weder PDMS noch PVDF allein konnten aufgrund seines geringen Molekulargewichts und seiner geringen Oberflächenenergie polymere Nanokügelchen erzeugen (ergänzende Abbildung 4).

a Eine schematische Darstellung der Grenzflächentechnik zur Herstellung der PM-PVDF-Membran. MXene wurde durch ein Ätz-Peeling-Verfahren synthetisiert und dann durch ein einfaches Elektrosprühverfahren auf eine C-PVDF-Membran aufgebracht. b Elektrisch leitfähige MXene-gesteuerte Selbstorganisation von Polymernanokugeln durch Elektrosprühen. Die Bildung polymerer Nanokügelchen umfasst drei Schritte, darunter die Bildung geladener Tröpfchen, die Coulomb-Explosion und die Phasentrennung. Die hohe elektrische Leitfähigkeit und ausreichend funktionelle Oberflächengruppen von MXene spielen eine strukturbestimmende Rolle bei der Anordnung polymerer Nanokügelchen, die nur erzeugt werden können, wenn sowohl PDMS als auch hochmolekulares PVDF vorhanden sind. c Querschnitts-REM-Aufnahme des PM-PVDF. d REM-Bild des C-PVDF und (e) PM-PVDF. f TEM-Bild von 2D-MXene-Nanoblättern, die mit Polymer-Nanokugeln dekoriert sind. g Entsprechender EDS-Linienscan der Polymernanosphären mit sphärischer Elementverteilung. h GIXRD-Muster. Quelldaten werden als Quelldatendatei bereitgestellt.

Die Struktur und Morphologie der erhaltenen PM-PVDF-Membran wurde durch SEM- und TEM-Bilder weiter charakterisiert. Abbildung 2c zeigt die Querschnittsstruktur der PM-PVDF-Membran, die aus der C-PVDF-Unterschicht (Abb. 2d) bzw. der MXene-Engineering-Oberflächenschicht (Abb. 2e) besteht. Die auf MXene selbstorganisierten Polymernanokugeln (Abb. 2f) wurden durch das TEM-Bild und das entsprechende elementare Zeilenscanprofil (Abb. 2g) verifiziert. Die Bilder zeigen die gleichmäßige Verteilung der C-, O-, F-, Si- und Ti-Elemente in Kugelformen, bezogen auf polymere Nanokugeln und Ti3C2Tx MXene. Bemerkenswert ist, dass die MXene-gesteuerten Polymerkugeln einen viel kleineren durchschnittlichen Durchmesser (~200 nm) aufweisen als diejenigen, die mit PDMS und PVDF (P-PVDF) in Abwesenheit von MXene hergestellt wurden und mikroskalige Durchmesser von ~2 µm aufwiesen (ergänzende Abbildung). . 5).

Die stark reduzierte Größe der Polymerkügelchen bestätigte die Funktionalität von MXene basierend auf hoher Leitfähigkeit und reichlich vorhandenen funktionellen Gruppen. Das Vorhandensein von MXene sorgt nicht nur für mehr Keimbildungsstellen, sondern induziert auch die Coulomb-Spaltung elektrostatischer Tröpfchen während des Elektrosprays. Die folgende Gleichung (1) veranschaulicht die Faktoren, die die Größe der Partikel während des Elektrosprays beeinflussen36:

wobei dp und d die Durchmesser des Partikels bzw. des Tröpfchens sind; Φ ist der Volumenanteil des Polymers; Q ist die Flüssigkeitsdurchflussrate; ɛ und ɛ0 sind die Permittivität von Flüssigkeit bzw. Vakuum; und k ist die Leitfähigkeit der Flüssigkeit. Die Bildung der MXene-Engineering-Schicht wird weiter im GIXRD-Muster (Abb. 2h) belegt, das den charakteristischen (002)-Peak von MXene im Zusammenhang mit dem d-Abstand sowie (100), (020) und (110) aufweist ) Peaks, die der Koexistenz von PDMS und PVDF entsprechen. Auch die zahlreichen molekularen Wechselwirkungen, die in den FTIR-Spektren (ergänzende Abbildung 6) und Raman-Spektren (ergänzende Abbildung 7) gezeigt werden, weisen auf die stabile Struktur der PM-PVDF-Membran hin.

Eine photothermische Membran, die effizient photothermische Effekte mit geringer Wärmeleitfähigkeit erzeugt, ermöglicht eine lokale Oberflächenerwärmung auf der Zufuhrseite und verringert gleichzeitig die unerwartete Wärmeleitung zur Permeatseite, was für die Aufrechterhaltung eines hohen Temperaturgradienten quer zur Membran wünschenswert ist. Abbildung 3a zeigt die UV-Vis-NIR-Absorptionsspektren der hergestellten Membranen mit optimierten chemischen Komponenten. Die PM-PVDF-Membranen mit unterschiedlichen MXene-Schichtdicken zeigten die deutliche Absorption von Ti3C2Tx MXene mit zwei charakteristischen starken Absorptionspeaks bei 610 nm und 1148 nm, während die C-PVDF-Membran eine vernachlässigbare Sonnenlichtabsorptionskapazität zeigte. Insbesondere die optimale PM50-PVDF-Membran zeigte eine stärkere und breitere Sonnenabsorption (~93,6 %). Unterdessen zeigten die PM-PVDF-Membranen eine geringere Wärmeleitfähigkeit (0,08 ~ 0,12 W m−1 K−1) als die C-PVDF-Membran (0,14 W m−1 K−1) (Abb. 3b), obwohl sie mit eingebaut waren hochwärmeleitendes MXene. Infolgedessen stieg die Oberflächentemperatur der PM50-PVDF-Membran in 3 Minuten schnell auf 84,8 °C an, wenn sie der Ein-Sonnen-Beleuchtung ausgesetzt wurde (Abb. 3c), was ihr hervorragendes Selbsterwärmungsverhalten der Oberfläche demonstriert. Wie durch die IR-Wärmebilder in Abb. 3d weiter bestätigt, lieferte die PM50-PVDF-Membran einen Temperaturanstieg von 60,5 °C, was fast dem Zehnfachen des Temperaturanstiegs der C-PVDF-Membran (6,2 °C) unter den gleichen Bedingungen entspricht. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die photothermische Schicht eine hervorragende lokale Selbsterwärmung bewirkte und gleichzeitig den Wärmeverlust minimierte, um die Temperaturpolarisierung zu mildern, die herkömmlichem DCMD innewohnt.

a UV-vis-NIR-Absorptionsspektren der Membranen. b Die entsprechenden Wärmeleitfähigkeiten. Fehlerbalken geben die geschätzten Standardabweichungen aus drei Messungen an. c Oberflächentemperaturprofile als Funktion der Zeit und (d) die entsprechenden IR-Wärmebilder. e Porengrößenverteilung. f Typisches optisches Oberflächenprofil des PM-PVDF. g Schematische Darstellung des PM-PVDF mit günstiger Lichteinfang- und Wärmebeständigkeit. Die hierarchische Topologie maximiert die Sonneneinstrahlung durch den Lichteinfangeffekt, während die eingeschlossenen Lufttaschen in der Membran als Wärmewiderstand dienen, um die Wärmeleitung durch die Membran zu mildern und eine effiziente Solarnutzung zu erreichen. Quelldaten werden als Quelldatendatei bereitgestellt.

Die Kombination aus effizientem photothermischem Effekt und geringer Wärmeleitung führen wir auf die multifunktionale MXene-Engineering-Schicht zurück. Die Selbstorganisation polymerer Nanokügelchen auf MXene ergab eine topologische Textur mit hierarchischer Struktur und eingeschlossenen Lufteinschlüssen, die durch die Porenstruktur der PM-PVDF-Membran (Abb. 3e) und die optischen Oberflächenprofile (Abb. 3f) bestätigt wurde. Darüber hinaus betrug die Porosität vor (C-PVDF) und nach der Oberflächenmodifikation (PM-PVDF) 69,2 ± 0,2 % bzw. 71,8 ± 0,3 %. Der leichte Anstieg der Porosität nach der Oberflächenmodifikation ist auf die durch Elektrospray induzierte hierarchische MXene-Schicht mit polymeren Nanokugeln zurückzuführen. Darüber hinaus führten die Erhöhung der Porosität mit effektiver Phononenstreuung und die Einführung von PDMS mit geringer Wärmeleitfähigkeit synergistisch zu einer relativ geringeren Wärmeleitfähigkeit der PM-PVDF-Membran. Diese kombinierte Funktionalität der MXene-Schicht kann schematisch in Abb. 3g dargestellt werden. Aus Sicht der Sonnenabsorption ist die hierarchische Topologie günstig für die Maximierung der Sonnenlichternte durch nanoskaligen Lichteinfangeffekt; Aus Sicht der Wärmeübertragung dient die hierarchische poröse Struktur mit eingeschlossenen Lufteinschlüssen als Wärmewiderstand, um die Wärmeleitung durch die Membran zu erleichtern und eine effiziente Solarnutzung zu erreichen.

Die Oberflächenbenetzbarkeit der Membran ist ein weiterer Faktor, der die Entsalzungsleistung beeinflusst, was mit der durch den Benetzungsübergang verursachten Membranablagerung und -verschmutzung zusammenhängt. In dieser Hinsicht wandelt die Selbstorganisation einheitlicher hierarchischer Polymernanosphären auf der Oberfläche der MXene-Schicht die intrinsische Hydrophilie von MXene in Superhydrophobie um, ohne dass eine zusätzliche Oberflächenbehandlung erforderlich ist. Wie in Abb. 1c erwähnt, erhöhte sich der Kontaktwinkel (CA) der PM-PVDF-Membran nach der Benetzbarkeitsumwandlung durch MXene-Engineering von ~70° auf ~172°, was auf eine superhydrophobe Oberfläche im Cassie-Baxter-Zustand hinweist (Abb. 4a). ). Nach unserem besten Wissen ist die Superhydrophobie unserer PM-PVDF-Membran die höchste unter den gemeldeten MXene-Membranen. Die superhydrophobe PM-PVDF-Membran sorgte auch für eine gute Abstoßung von Substanzen mit niedriger Oberflächenspannung (Abb. 4b) und behielt kugelförmige Tröpfchen bei, wenn Ethanol- und SDS-Tropfen abgeschieden wurden. Umgekehrt zeigten sowohl die unberührte C-PVDF-Membran (CA = 125°) als auch die MXen-freie P-PVDF-Membran (CA = 155°) hydrophobe Leistungen im Wenzel-Modellzustand (ergänzende Abbildung 8).

a Eine schematische Darstellung eines Wassertropfens im Cassie-Baxter-Zustand auf dem PM-PVDF bzw. im Wenzel-Modellzustand auf dem C-PVDF. b Fotografie verschiedener Lösungsmitteltröpfchen auf dem C-PVDF bzw. dem PM-PVDF. Von links nach rechts: DI-Wasser, 10 und 20 % Ethanol (EA) in Wasser, 0,1 mM, 0,3 mM und 0,5 mM Natriumdodecylsulfat (SDS) in Wasser. c Niedriger Gleitwinkel des PM-PVDF. d Ausgewählte Schnappschüsse eines Wassertropfens, der auf die superhydrophobe Membranoberfläche trifft. e Schematische Darstellung benetzungsbedingter Membranprobleme, überwacht durch die Entwicklung der Membranimpedanz während der Entsalzung. Der Benetzungsübergang würde eine membranübergreifende Permeation der Salzionen aus dem Speisewasser und eine weitere Ansammlung von Kristallen innerhalb der Membranporen induzieren, was sich direkt in der Abnahme der Membranimpedanz widerspiegeln könnte. f Normalisierte Membranimpedanzen in situ, überwacht während der Behandlung mit Hypersalzlösung. Maßstabsbalken: 5 μm. Der gestrichelte Kreis stellt die Übergangsphase der Impedanz dar, die mit einer zunehmenden Membranbenetzung einhergeht. Eingefügt ist ein REM-Bild von C-PVDF mit den Kristallen, die sich innerhalb der Membranporen ablagern. Quelldaten werden als Quelldatendatei bereitgestellt.

Darüber hinaus wies die PM-PVDF-Membran einen extrem niedrigen Gleitwinkel unter 2 ° auf (Abb. 4c), der ein leichtes Abrollen von Wassertropfen mit vernachlässigbarer Kontaktwinkelhysterese ermöglichte, was durch den Vorwärts- und Rückzugsprozess weiter bestätigt wurde (ergänzende Abbildung 9). ). Ein weiterer Hinweis auf eine starke Wasserabweisung ist das Phänomen des Wasserspringens. Das auftreffende Tröpfchen drang nicht in die superhydrophobe Oberfläche der PM-PVDF-Membran ein; Stattdessen prallte es in <10,05 ms in die Luft zurück und prallte mehr als zehn Mal ab, bevor es schließlich auf der Oberfläche ruhte (Abb. 4d). Diese überlegene Wasserabweisung wird auf die niedrige Oberflächenenergie und Rauheit der Oberflächentopologie der PM-PVDF-Membran zurückgeführt. Insbesondere die hierarchische technische Grenzfläche zwischen polymerer Nanosphäre und MXene erzeugte einen großen Anteil an Porosität mit Lufteinschlüssen, die unter Wassertropfen eingeschlossen waren, was während der Entsalzung zu einer Grenzverschiebung und einer stabilen scherfreien Wasser-Luft-Grenzfläche führen würde37,38.

Um den Benetzungswiderstand der PM-PVDF-Membran während der Behandlung einer Lösung mit hohem Salzgehalt (10 Gew .-% NaCl) zu charakterisieren, haben wir die Entwicklung der Membranimpedanz vor Ort mithilfe einer elektrochemischen Workstation überwacht (Abb. 4e und ergänzende Abb. 10). Abbildung 4f zeigt den allmählichen Rückgang der Impedanz der Kontroll-C-PVDF-Membran aufgrund der durch Benetzung induzierten Durchdringung der Ionen aus dem Speisewasser durch die Membran, was weiter zur Ansammlung von Kristallen innerhalb der Membranporen führt (Einschub in Abb. 4f und Ergänzung). Abb. 11). Die Übergangsphase der Impedanz geht mit den erschwerenden Problemen der Membranbenetzung, -ablagerung und -verschmutzung einher, die zu einem raschen Rückgang des Süßwasserproduktionsflusses und der Salzabweisung führen (ergänzende Abbildung 12). Im Gegensatz dazu zeigte die superhydrophobe PM-PVDF-Membran eine stabile Membranimpedanz. Das PM-PVDF behielt eine konsistente Morphologie und superhydrophobe Leistung bei (ergänzende Abbildung 13), was auf sein großes Potenzial für eine stabile und effiziente Entsalzung von Hypersalzlösungen hinweist. Diese hervorragende Benetzungsbeständigkeit der PM-PVDF-Membran kann im Wesentlichen durch den Durchbruchsflüssigkeitseintrittsdruck (ΔP) gemäß der Young-Laplace-Gleichung11 erklärt werden. Die PM-PVDF-Membran zeigte einen höheren ΔP von 2,05 ± 0,04 bar im Vergleich zu dem der C-PVDF (1,18 ± 0,03 bar), was auf die Superhydrophobie und die kleinere Porengröße zurückzuführen ist, die durch die hierarchische MXene-Schicht verliehen werden. Dieser ΔP-Wert stimmt auch mit dem Flüssigkeitseintrittsdruck (LEP) überein, der mit einem Porometer (POROLUX™ 1000) gemessen wurde (Ergänzungstabelle 1).

Um die Entsalzungsleistung der PM-PVDF-Membran durch PMD weiter zu validieren, verwendeten wir ein DCMD-Modul mit einem Lichtfenster (ergänzende Abbildung 14) für die PMD-Behandlung einer Hypersalzlösung. Wir untersuchten zunächst den Süßwasserproduktionsfluss mit einer Zufuhr von 30 °C, was nahe an der tatsächlichen Temperatur des Meerwassers in Hongkong im August liegt. Wie in Abb. 5a gezeigt, lieferte die PM-PVDF-Membran ohne Sonneneinstrahlung einen durchschnittlichen Süßwasserproduktionsfluss von ~1,55 kg m−2 h−1, was mit dem der Kontroll-C-PVDF-Membran (1,53 kg m−) vergleichbar ist 2 h−1). Bei einmaliger Sonneneinstrahlung stieg der Süßwasserproduktionsfluss der PM-PVDF-Membran jedoch auf etwa 2,88 kg m−2 h−1, während die C-PVDF-Membran einen vernachlässigbaren Anstieg aufwies. Ein ähnlicher Trend wurde auch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen hinsichtlich der Sonnenlichtdichte festgestellt. Darüber hinaus wurde der scheinbare Solar-zu-Dampf-Umwandlungswirkungsgrad (η) des PM-PVDF mit etwa 89,0 % berechnet, was viel höher ist als der des C-PVDF (~15,5 %), was auf eine effiziente photothermische Umwandlung hinweist. Darüber hinaus zeigte das PM-PVDF im Gegensatz zum schnellen Rückgang des Süßwasserproduktionsflusses beim C-PVDF eine sehr stabile Entsalzungsleistung (Abb. 5b), was mit der in Abb. 4f gezeigten Entwicklung der Membranimpedanz übereinstimmt. Zum Vergleich haben wir einen Teil der solaren Entsalzungsleistung unserer PM-PVDF-Membran und anderer bestehender Studien in Abb. 5c zusammengefasst. Insgesamt zeigte die PM-PVDF-Membran viele Vorteile im Vergleich zu hochmodernen PMD-Membranen22,27,28,39,40,41,42,43,44,45,46 sowie solarbetriebenen Grenzflächenwasserverdampfern (IWE)1,47,48,49,50,51,52 in Bezug auf den Süßwasserproduktionsfluss und die Solar-zu-Dampf-Effizienz, insbesondere für die Behandlung mit Hypersaline-Lösungen.

a Süßwasserproduktionsfluss von PM-PVDF- und C-PVDF-Membranen unter unterschiedlichen Sonnendichten. Futter, 30 °C. b Stabilitätsbewertung der Membran im Hinblick auf den normalisierten Süßwasserproduktionsfluss. Fehlerbalken geben die geschätzten Standardabweichungen aus drei Messungen an. c Zusammenfassung typischer hochmoderner solarer Entsalzungsstrategien, die unter verschiedenen Bedingungen betrieben werden. Die Solareffizienz hängt mit der Umwandlung oder Nutzung von Solarenergie in Dampf rund um eine Sonne zusammen. d Oberflächentemperatur des Moduls, überwacht durch IR-Wärmebild während des Betriebs. e Phasendiagramm und simuliertes Modell für die Leistung der PM-PVDF-Membran. f Langzeitstabilität des PM-PVDF während der Behandlung mit einer Mehrkomponenten-Hypersalzlösung unter 1 Sonneneinstrahlung. Futter, 60 °C. Quelldaten werden als Quelldatendatei bereitgestellt.

Wir haben den Effekt der photothermischen lokalen Oberflächenerwärmung an der Membran-Wasser-Grenzfläche während des PMD-Betriebs weiter untersucht. Die Oberflächentemperaturen der PM-PVDF-Membran bei Einwirkung von 1, 3 und 5 Sonneneinstrahlung bei 30,0 °C Zufuhr sind in Abb. 5d aufgezeichnet. Die PM-PVDF-Membran erreichte hohe Werte von etwa 38,2, 44,8 bzw. 58,6 °C, während die C-PVDF-Membran fast keinen offensichtlichen Temperaturanstieg zeigte. Unter der beispielhaften Ein-Sonnen-Bestrahlung zeigte die Destillatauslasstemperatur der PM-PVDF-Membran einen Anstieg von 1,71 °C, was höher ist als bei denen ohne Sonnenbestrahlung und der C-PVDF-Membran (Ergänzungstabelle 2). Es ist zu erwarten, dass die Zunahme der lokalen Oberflächenerwärmung durch den photothermischen Effekt die der herkömmlichen MD innewohnende Temperaturpolarisierung weiter kompensieren, mildern und umkehren könnte. Darüber hinaus würde die Umkehr der Temperaturpolarisation entlang der Membran den Temperaturgradienten über die Membran hinweg weiter vergrößern und so die treibende Kraft für den Dampftransfer verstärken.

Wir gingen davon aus, dass die Betriebsbedingungen, einschließlich der Zufuhrtemperatur und der Solardichte, die Oberflächentemperatur stark beeinflussen würden, um unterschiedliche Temperaturgradienten über die Membran hinweg zu erzeugen. Um den Zusammenhang zwischen diesen Betriebsbedingungen und dem Süßwasserproduktionsfluss aufzuzeigen (Abb. 5e), haben wir auf der Grundlage der experimentellen Ergebnisse eine empirische Modellierung weiterentwickelt, die als folgende Gleichung beschrieben werden kann: (2):

wobei T und S die Vorlauftemperatur (°C) bzw. die Sonneneinstrahlungsdichte (Sonne) darstellen. Nach Gl. (2) ist der Süßwasserproduktionsfluss der PM-PVDF-Membran in unserem System ein Polynom zweiten Grades für die Speisetemperatur und ersten Grades für die Sonnendichte.

Darüber hinaus haben wir die Leistung der PM-PVDF-Membran bei der Behandlung von Mehrkomponenten-Hypersalzlösungen mit schwerlöslichen Salzen bewertet. Ergänzende Abbildung 15 zeigt, dass das PM-PVDF bei der Behandlung von Mehrkomponenten-Hypersalzlösungen eine stabile Membranimpedanz und einen stabilen Süßwasserproduktionsfluss zeigte, was auf eine gute Benetzungs- und Ablagerungsbeständigkeit hinweist. Wie durch die 3D-OCT-Bilder und SEM-Bilder weiter bestätigt wurde, behielt die Morphologie der Membran ihren ursprünglichen Zustand bei, wobei während der Entsalzung nur wenige Salzkristalle ausfielen. Im Gegenteil, die C-PVDF-Membran litt unter starker Membranbenetzung und wurde durch Salzausfällung beschädigt, was zu einem raschen Rückgang des Wasserproduktionsflusses führte. Um die Haltbarkeit der PM-PVDF-Membran zu validieren, führten wir schließlich einen Langzeit-Entsalzungstest unter Sonneneinstrahlung mit demselben Mehrkomponenten-Hypersaline-Feed bei 60 °C durch. Abbildung 5f zeigt den stabilen Süßwasserproduktionsfluss der PM-PVDF-Membran bei 14,38 kg m−2 h−1 und die hohe Salzrückhaltung (≥99,9 %) für 120 Stunden, was auf ihre hohe Stabilität und Haltbarkeit hinweist. Diese Ergebnisse legen weiterhin nahe, dass die superhydrophobe hierarchische MXene-Schicht als wirksame Panzerung für den Benetzungswiderstand dient und eine rutschige, ablagerungsbeständige Grenzfläche für einen stabilen Wasser-/Luftkontakt bietet37,38.

Zusammenfassend haben wir eine Ti3C2Tx MXene-Membran (PM-PVDF) mit effizienten lokalisierten photothermischen Fähigkeiten und überlegener Wasserabweisung für nachhaltiges PMD entwickelt. Die effiziente solare Erntefähigkeit von MXene verleiht der Membran eine photothermisch lokalisierte Fähigkeit zur Selbsterwärmung der Oberfläche, um den inhärenten Wärmeverlust auf der Zufuhrseite zu umgehen, der durch den kontinuierlichen Wasser-zu-Dampf-Übergang verursacht wird. Darüber hinaus spielte das hoch elektrisch leitfähige MXene eine strukturbestimmende Rolle, indem es die Selbstorganisation einheitlicher hierarchischer polymerer Nanokügelchen auf seiner Oberfläche durch Elektrosprühen ermöglichte, was die intrinsische Hydrophilie von MXene in Superhydrophobie umwandelte. Unsere PM-PVDF-Membran profitierte von der Grenzflächentechnik und verfügte über einen konstant hohen Temperaturgradienten quer über die Membran sowie eine starke Benetzungsbeständigkeit, was zu einer erheblichen Steigerung der Süßwasserproduktionsrate und Stabilität bei direkter Sonneneinstrahlung führte. Diese Arbeit stellt einen effektiven Weg zur Realisierung energieeffizienter und hypersaline-stabiler PMD-Operationen vor, die den Wasser-Energie-Zusammenhang durch die Entwicklung einer multifunktionalen superhydrophoben MXene-Membran nutzen könnten.

Kurz gesagt, wir haben zunächst Ti3C2Tx-Nanoblätter auf der Grundlage einer HCl/LiF-Ätz- und Peeling-Methode synthetisiert. Nach dem typischen Verfahren wurden 0,5 g Ti3AlC2 (MAX, Reinheit >98 Gew.-%) in eine wässrige Lösung aus HCl (9 M) und LiF (0,5 g) getaucht und die resultierende Mischung 24 Stunden lang bei 35 °C magnetisch gerührt. Die resultierende Ti3C2Tx-Lösung wurde in entionisiertem Wasser (DI) gewaschen und abgeblättert, was zu einer Ti3C2Tx-MXen-Dispersion führte. Nach einem weiteren Gefriertrocknungsprozess wurde Ti3C2Tx MXene-Pulver erhalten.

Es wurde eine optimierte Elektrospray-Lösung bestehend aus 3,0 Gew.-% PDMS (Sylgard 184), 2,0 Gew.-% Polyvinylidenfluorid (PVDF, Mw = 530.000 g mol–1) und einem mischbaren Lösungsmittel aus THF/DMF (Gew./Gew. = 1:1) hergestellt ), gefolgt von 12-stündigem Rühren bei 65 °C. Anschließend wurden unterschiedliche Mengen MXene-Pulver zugegeben und gleichmäßig verteilt. Anschließend wurden die Elektrospray-Lösungen in Kunststoffspritzen überführt und auf dem Elektrospray-Gerät (ET-2535) fixiert. Es wurde eine stabile Hochspannung von 20 kV und eine Zufuhrrate von 1,0 ml h−1 angelegt, mit einer handelsüblichen PVDF-Membran (C-PVDF) als Kollektor. Die Umgebungstemperatur und die relative Luftfeuchtigkeit betrugen 25 ± 2 °C bzw. 48 ± 3 %. Es wurden Membranen mit unterschiedlichen Gewichtsverhältnissen von PDMS, PVDF und MXene der PM-PVDF-Membran (3:2:2, 3:2:2,5 und 3:2:3) hergestellt, die als PM40-PVDF, PM50-PVDF bezeichnet wurden. PVDF bzw. PM60-PVDF. Wir haben auch eine Reihe von PM-PVDF-Membranen mit MXene-Schichten unterschiedlicher Dicke im Bereich von 5 ± 1,5 μm, 10 ± 1,5 μm, 15 ± 1,3 μm und 25 ± 2 μm hergestellt (ergänzende Abbildung 16). Basierend auf der Sonnenabsorption, dem MXene-Verbrauch sowie der Wärme- und Stoffübertragung der Membranen haben wir festgestellt, dass die optimale Dicke für die PM-PVDF-Membran etwa 110 ± 1,5 μm beträgt, bestehend aus einer 10 μm dicken MXene-Oberflächenschicht und einer 100 μm dicken Basisschicht (Ergänzende Abbildung 17). Wir haben diese PM-PVDF-Membran, die als optimale PM50-PVDF-Membran bezeichnet wird, für Tests verwendet, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. Zum Vergleich wurde auch eine Elektrospray-Membran ohne MXene hergestellt, die als P-PVDF-Membran bezeichnet wird. Als Kontrollmembran bei der Beurteilung der PMD-Leistung wurde die C-PVDF-Membran (0,45 μm, HVHP) der Millipore Company verwendet.

Die Morphologie und Strukturen der Proben wurden durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM; JEOL 2011F) und Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FESEM; FEI Quanta 450) charakterisiert. Zur Bestimmung der Kristallstruktur der Membranproben wurde Röntgenbeugung unter streifendem Einfall (GIXRD; Ultima IV) verwendet. Messungen des Wasserkontaktwinkels wurden mit einem Tropfenformanalysator (FM 4000, Krüss) durchgeführt. Die Raman-Spektrometrie wurde mit einem visuellen Raman-Mikroskop vom Typ Renishaw-200 unter Verwendung eines 633-nm-Laserstrahls durchgeführt. Zur Untersuchung der funktionellen Oberflächengruppen der Membranen wurde die abgeschwächte Totalreflexions-Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (ATR-FTIR; 6700, Thermo Fisher) verwendet. Absorptionsspektren wurden im Bereich von 250–2500 nm mit einem Ultraviolett-sichtbaren Spektrometer (UV-Vis 3600, Shimadzu) gemessen, das mit einer Ulbrichtkugel ausgestattet war. Die Wärmeleitfähigkeiten der Membranen wurden mit einem Mathis TCi Wärmeleitfähigkeitsanalysator (C-Therm) gemessen. Die Topologie und Rauheit der Membranoberfläche wurde mit einem optischen Oberflächenprofilierer (Wyko NT9300, Vecco) charakterisiert. Die Porengrößenverteilung wurde mit einem Porometer (POROLUX™ 1000, Belgien) gemessen. Solarbetriebene Experimente wurden mit einer Xe-Kurzbogenlampe (CEL-HXF300) als Beleuchtung durchgeführt, die mit einem optischen Filter für das Standard-AM-1,5-G-Spektrum ausgestattet war. Die Wärmebilder und die Oberflächentemperaturverteilung wurden mit einer IR-Wärmekamera (Optris PI 640) aufgezeichnet. Die Porositäten der Membranen wurden durch das gravimetrische Verfahren gemessen. Typischerweise wurde das Gewicht der Membranprobe (Größe: 3 cm × 3 cm) unter trockenen bzw. vollständig mit 1-Butanol benetzten Bedingungen (W1) gemessen. Anschließend wurde die Porosität der Membran ɛ unter Verwendung von Gl. (3):

wobei W1 und W2 das Nass- bzw. Trockengewicht (g) der Membran darstellen und D1 und D2 die Dichten von 1-Butanol bzw. Polymer (gm−3) bezeichnen.

Die Durchbruchdrücke (ΔP) bzw. der Flüssigkeitseintrittsdruck (LEP) der Membranen in Wasser wurden nach der Young-Laplace-Gleichung berechnet:

Dabei ist γ die Grenzflächenspannung, Θ ein geometrischer Faktor, der sich auf die Porenstruktur bezieht (gleich 1 für zylindrische Poren), θ der Flüssigkeits-Eigenkontaktwinkel und r die Porengröße der Membran.

Die Membranleistung wurde mit einem maßgeschneiderten DCMD-Gerät im Labormaßstab bewertet. Die Flachmembranapparatur hatte eine Membranfläche von 36 cm2 (6,0 cm × 6,0 cm). Heiße Zufuhr- und kalte Destillatströme wurden mithilfe von zwei variablen Zahnradpumpenantrieben (Cole-parmer, Modell 75211-15) zirkuliert und ihre Temperaturen wurden mithilfe einer Heizung (IKA, C-MAGHS7) und eines Kühlers (Lab Companion, PW-0525G) gesteuert. , jeweils. Die Membranleistung bei verschiedenen Zufuhrtemperaturen (~30 °C, 40 °C, 50 °C und 60 °C) wurde bei einer konstanten Destillattemperatur von 20 °C, die durch einen Kühler gesteuert wurde, bewertet. Die Flussrate der Zufuhr und der Permeatseite betrug etwa 100 ml/min, was bei einem Druck unter 0,02 bar eine mäßige Scherspannung erzeugt. Die Leitfähigkeit des Feeds und des Permeats wurde mit einem Leitfähigkeitsmessgerät (EUTECH, PC 2700) überwacht und der Membranfluss wurde durch Überwachung der Gewichtszunahme auf der Destillatseite mit einer elektrischen Waage (KERN PLE, 4200-2N) bestimmt. Wir verwendeten das Thermoelement (CEM, DT-3891G) zur Aufzeichnung der Auslasstemperaturen der Feed- und Destillatseite und eine Drucksonde (MEACON, MIK-Y190) zur Messung des Drucks im Aufbau. Die künstliche Mehrkomponenten-Futterlösung bestand aus schwerlöslichen Salzen CaCO3 und CaSO4 in Sättigungskonzentration und einer 10,0 Gew.-%igen NaCl-Lösung.

Die Membranimpedanz während des MD-Betriebs wurde in situ basierend auf elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) unter Verwendung von Autolab PGSTAT302N mit FRAM32M-Modul (Metrohm) gemessen, und ein Kohlenstoffgewebe wurde als Elektroden zum Sammeln der elektrochemischen Signale verwendet. Der Fortschritt der Membranskalierung wurde in situ mithilfe der optischen 3D-Kohärenztomographie (3D OCT, GANYMEDE-II OCT-System) bewertet. Die Salzrückhalterate R (%) kann näherungsweise berechnet werden durch:

wobei Cf (mg L−1) und Cp (mg L−1) die Salzkonzentration der Zulaufseite bzw. der Destillatseite sind. Der Membranfluss (J, kg m−2 h−1) wurde unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet, um den Süßwasserproduktionsfluss zu bewerten:

Dabei ist ∆Wp (kg) die Gewichtsänderung im Destillat während des Zeitraums ∆t (h) und Am (m2) die effektive Membranfläche. Darüber hinaus wurde der scheinbare Wirkungsgrad der Umwandlung von Solarenergie in Dampf (η) zur Bewertung der Wasserdestillationsleistung verwendet, der wie folgt definiert werden kann:

Dabei stellen J und J′ den Süßwasserproduktionsfluss (kg m−2 h−1) mit bzw. ohne Sonnenlichtbeleuchtung dar, hLV bezeichnet die ideale Flüssigkeits-Dampf-Phasenwechselenthalpie (kJ kg−1) und qi ist die Dichte von Sonneneinstrahlung (kJ m−2 h−1).

Die Daten, die die Ergebnisse dieser Studie stützen, sind im Artikel und in den Zusatzinformationen verfügbar. Quelldaten werden mit diesem Dokument bereitgestellt.

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Diese Arbeit wurde vom Research Grants Council der Sonderverwaltungsregion Hongkong, China (Projekt-Nr. T21-604/19-R und 11209421) und der City University of Hong Kong durch CityU Strategic Research Grant 7005584 und CityU Strategic Interdisciplinary Research unterstützt Zuschuss 7020048.

School of Energy and Environment, City University of Hong Kong, Tat Chee Avenue Kowloon, Hongkong, Hongkong

Baoping Zhang, Pak Wai Wong, Jiaxin Guo, Jiawei Sun und Alicia Kyoungjin An

Fakultät für Maschinenbau, City University of Hong Kong, Tat Chee Avenue Kowloon, Hongkong, Hongkong

Baoping Zhang, Yongsen Zhou, Yang Wang, Mengnan Jiang und Zuankai Wang

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AKA und BZ haben die Forschung konzipiert. AKA und ZW betreuten die Forschung. BZ konzipierte und führte die Experimente durch und analysierte die Daten. BZ, PW, JG, YZ und YW trugen zur Charakterisierung und Diskussion der Daten bei. BZ, JS und MJ trugen zur thermischen Analyse bei. BZ hat das Manuskript geschrieben. ZW und AKA diskutierten und überarbeiteten das Manuskript.

Korrespondenz mit Zuankai Wang oder Alicia Kyoungjin An.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Nature Communications dankt Efrem Curcio, Lin Zhou und dem anderen, anonymen Gutachter für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht durch gesetzliche Vorschriften zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Zhang, B., Wong, PW, Guo, J. et al. Umwandlung der intrinsischen Hydrophilie von Ti3C2Tx MXene in Superhydrophobie für eine effiziente photothermische Membranentsalzung. Nat Commun 13, 3315 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-31028-6

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Eingegangen: 15. September 2021

Angenommen: 27. Mai 2022

Veröffentlicht: 08. Juni 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-31028-6

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