基于天然聚合物的机械强水凝具有快速自我愈合,用于重金属离子清除和超级电容器应用

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 聚合物化学 聚合物化学
• 环境工程 环境工程
• 电化学 电化学 电化学

背景情况:

• 由于其独特的特性,水凝对多功能应用具有重大兴趣.
• 在水凝中同时实现快速自我愈合和卓越的机械强度是一个相当大的挑战.
• 现有的自我愈合的水凝往往会损害机械强度或愈合速度.

研究的目的:

• 制造一种具有增强的自我愈合能力和机械强度的双重交叉连接水凝.
• 为了研究水凝在废水中去除重金属的潜力.
• 评估水凝作为柔性超级电容器中的固态电解质和分离器的性能.

主要方法:

• 使用酸和酸的自由基聚合制造双重交叉连接的水凝 (PAA-Alg-B).
• 使用N,N'-甲基二甲烯胺或乙烯基改性纳米纤维素作为主要交叉连接剂和作为动态交叉连接剂.
• 评估了自愈效率,机械性能 (硬度,破裂时延长),膨胀能力,重金属吸附动力学和电化学性能.

主要成果:

• 基凝 (PAA-Alg-B) 通过可逆的酸结合和结合表现出快速的自我愈合.
• 展示了可调整的机械强度 (性:137 kJ/m3,破裂时的延长:1117%) 和高膨胀能力 (448 g/g).
• 在H2SO4处理后作为超级电容电解质使用时,实现了高的重金属去除效率 (Cr3+: 87.57 mg/g,Ni2+: 114.02 mg/g,Cu2+: 99.42 mg/g) 和增强的离子导电性.

结论:

• 开发的PAA-Alg-B水凝由于其高效的重金属吸附,为可持续的废水处理提供了有前途的解决方案.
• 水凝的强大的机械性能,自我愈合能力和作为电解质的性能突显了其在先进的能量存储设备中的潜力.
• 这项研究强调了基于天然聚合物的水凝在应对环境和能源挑战方面的可行性.