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All-Weather Atmospheric Water Harvesting Enabled by Hygroscopic Hydrogel Paint
ACS Applied Polymer Materials ( IF 4.4 ) Pub Date : 2023-10-19 , DOI: 10.1021/acsapm.3c01561 Ling Wang 1 , Yawen Li 1 , Yang Yu 1 , Luxuan Guo 2 , Chencan Li 1 , Zhuo Zhang 1
ACS Applied Polymer Materials ( IF 4.4 ) Pub Date : 2023-10-19 , DOI: 10.1021/acsapm.3c01561 Ling Wang 1 , Yawen Li 1 , Yang Yu 1 , Luxuan Guo 2 , Chencan Li 1 , Zhuo Zhang 1
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Hygroscopic hydrogels have been receiving widespread attention as effective atmospheric water harvesters due to their freshwater production capabilities for alleviating water scarcity stress in arid regions. Nevertheless, not only can the hydrophilic networks notably hinder water release but also harsh preparation conditions (UV light and oxygen-free environment) are required to achieve free-radical polymerization. Herein, facile and processable moisture-harvesting hydrogel paints (MHPs) have been developed to address these challenges. Benefiting from the high tunability and processability, the MHPs can be optionally cured into moisture-harvesting hydrogels (MHGs) with different sizes by various operations according to actual circumstances, manifesting their potential for multiscenario applications. Via the synergistic effect of thermal-responsive networks and hygroscopic components, the MHGs can harvest atmospheric water with a broad range of relative humidities (RH, 10–90%), high water uptake (highest ∼50% of hydrogel’s own weight at ∼90% RH, 25 °C within 24 h), fast moisture-absorbing rate (up to ∼0.23 g g–1 h–1 at ∼90% RH, 25 °C), low energy, rapid water release rate (∼0.2 g g–1 h–1 at ∼90% RH, 4 °C), and outstanding cycling stability. Also demonstrated is a proof-of-concept outdoor water-collecting system, which possesses ∼2.5 mL g–1 (L kg–1) water yield per day to satisfy an adult’s daily water demand. Our low-cost and easy-to-scale-up MHGs can provide a viable solution to design next-generation atmospheric water harvesters for achieving efficient, sustainable, and multiscenario applications.
中文翻译：
吸湿性水凝胶涂料实现全天候大气集水
吸湿水凝胶作为有效的大气水收集器，由于其淡水生产能力，可缓解干旱地区的水资源短缺压力，而受到广泛关注。然而，亲水网络不仅会显着阻碍水的释放，而且需要苛刻的制备条件（紫外线和无氧环境）来实现自由基聚合。为此，开发了易于加工的吸湿水凝胶涂料（MHP）来应对这些挑战。得益于高度的可调性和可加工性，MHP可以根据实际情况通过各种操作选择性地固化成不同尺寸的吸湿水凝胶（MHG），显示出其多场景应用的潜力。通过热响应网络和吸湿成分的协同效应，MHG 可以收集相对湿度范围较广（RH，10-90%）的大气水，吸水率高（在 90 ℃时最高可达水凝胶自身重量的 50%）。 % RH, 25 °C 24 小时内），快速吸湿速率（在∼90% RH, 25 °C下可达 ∼0.23 gg –1 h –1 ），低能量，快速水释放速率（∼0.2 gg – 1 h –1 at ∼90% RH, 4 °C)，以及出色的循环稳定性。还展示了一个概念验证的室外集水系统，该系统每天的产水量约为 2.5 mL g –1 (L kg –1 )，可以满足成人的日常用水需求。我们的低成本且易于扩展的 MHG 可以为设计下一代大气水收集器提供可行的解决方案，以实现高效、可持续和多场景应用。
更新日期：2023-10-19
中文翻译：
吸湿性水凝胶涂料实现全天候大气集水
吸湿水凝胶作为有效的大气水收集器，由于其淡水生产能力，可缓解干旱地区的水资源短缺压力，而受到广泛关注。然而，亲水网络不仅会显着阻碍水的释放，而且需要苛刻的制备条件（紫外线和无氧环境）来实现自由基聚合。为此，开发了易于加工的吸湿水凝胶涂料（MHP）来应对这些挑战。得益于高度的可调性和可加工性，MHP可以根据实际情况通过各种操作选择性地固化成不同尺寸的吸湿水凝胶（MHG），显示出其多场景应用的潜力。通过热响应网络和吸湿成分的协同效应，MHG 可以收集相对湿度范围较广（RH，10-90%）的大气水，吸水率高（在 90 ℃时最高可达水凝胶自身重量的 50%）。 % RH, 25 °C 24 小时内），快速吸湿速率（在∼90% RH, 25 °C下可达 ∼0.23 gg –1 h –1 ），低能量，快速水释放速率（∼0.2 gg – 1 h –1 at ∼90% RH, 4 °C)，以及出色的循环稳定性。还展示了一个概念验证的室外集水系统，该系统每天的产水量约为 2.5 mL g –1 (L kg –1 )，可以满足成人的日常用水需求。我们的低成本且易于扩展的 MHG 可以为设计下一代大气水收集器提供可行的解决方案，以实现高效、可持续和多场景应用。
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