مروری بر کاربرد نانوکامپوزیت‌های مکسین-پلیمر در نمک‌زدایی آب خورشیدی

نوع مقاله : تالیفی

نویسنده

پژوهشگاه استاندارد

چکیده

تابش خورشیدی منبع امیدوارکننده ­ای برای تبدیل و ذخیره پایدار انرژی در بسیاری از زمینه‌های علمی و فناوری است. در سال‌های اخیر، استفاده از جاذب ­های نورگرمایی واقع در فصل مشترک آب و هوا برای تولید بخار، توجه زیادی را جلب کرده است، زیرا تمرکز گرما موجب کاهش اتلاف آن به توده آب و در نهایت بهبود بازده تولید بخار خورشیدی می‌شود. ساختار جاذب­ ها و مقاومت به نمک، دو پارامتر اساسی برای پایداری انتقال آب و نمک ­زدایی هستند. مکسین (MXene) به­ عنوان عضو جدیدی از مواد دو بعدی، مزایایی از جمله رسانندگی فلزی، انعطاف‌پذیری و شیمی سطح متنوع و خواص نوری و مکانیکی مطلوب دارد. این ویژگی­ های منحصربه­ فرد توجه زیادی را جلب کرده و پژوهش ­های زیادی درباره مکسین انجام شده است. همچنین، برنامه­ های کاربردی نوآورانه در زمینه­ های مختلف گزارش شده است. به ­طور هم­زمان، نانوکامپوزیت‌های مکسین-پلیمر توسعه یافته‌ و ویژگی­ های شگفت‌انگیز بسیاری برای آن­ها گزارش شده‌ است. در این مقاله، مطالعات انجام ­شده در زمینه تهیه نانوکامپوزیت­ های مکسین-پلیمر و استفاده از آن­ها در نمک ­زدایی آب با استفاده از انرژی خورشیدی مرور می ­شود. یادآور می ­شود، سال­ های اخیر مطالعات محدودی در این زمینه انجام گرفته است و قابلیت بالقوه زیادی برای پژوهش­ های بیشتر در این باره وجود دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A Review on the Application of MXene-Polymer Nanocomposites in Solar Water Desalination

نویسنده [English]

  • Fezzeh Aryanasab
Standard Research Institute (SRI)
چکیده [English]

Solar radiation is a promising source for sustainable energy conversion and storage in many scientific and technological fields. Recently, the use of photothermal absorbers located at the water-air interface to generate steam has attracted a lot of attention, because the heat loss into the bulk water reduces by the localized heat, resulted in an improved solar steam efficiency. The structure of absorbers and salt resistance are two crucial parameters for water transport and desalination stability. As a new member of promising 2D materials, MXene has advantages including metallic conductivity, flexibility, diverse surface chemistry, and favorable optical and mechanical properties. These unique properties have attracted a lot of attention, and research on MXene has been intensively conducted and innovative applications have been reported in various fields. At the same time, various MXene/polymer nanocomposites have been developed and many wonderful results have been reported. In this article, the studies conducted in the field of MXene-polymer nanocomposite synthesis and their application in solar water desalination are reviewed. It should be noted that in recent years, limited studies have been done in this field, and there is a very high potential for further research.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mxene
  • MXene-polymer nanocomposite
  • polymer-based membrane
  • solar energy
  • water desalination
1.  Kalogirou S., Seawater Desalination Using Renewable Energy Sources, Prog. Energy Combust. Sci., 31, 242-281, 2005. 
2.  Naguib M., Kurtoglu M., Presser V., Lu J., Niu J., Heon M., Hultman L., Gogotsi Y., and Barsoum M.W., Two-Dimensional 
Nanocrystals Produced by Exfoliation of Ti3AlC2, Adv. Mater., 23, 4248-4253, 2011.
3.  Ding L., Wei Y., Li L., Zhang T., Wang H., Xue J., Ding L., Wang S., Caro J., and Gogotsi Y., MXene Molecular 
Sieving Membranes for Highly Efficient Gas Separation, Nat. Commun.,  9, 3634-3643, 2018. 
4.  Liu G., Shen J., Liu Q., Liu G., Xiong J., Yang J., and Jin W., Ultrathin Two-Dimensional MXene Membrane for 
Pervaporation Desalination, J. Membr. Sci., 548, 548-558, 2018.
5.  Ren C.E., Hatzell K.B., Alhabeb M., Ling Z., Mahmoud K.A., and Gogotsi Y., Charge- and Size-Selective Ion Sieving 
Through Ti3C2Tx MXene Membranes, J. Phys. Chem. Lett., 6, 4026-4031, 2015. 
6.  He S., Sun X., Zhang H., Yuan C., Wei Y., and Li J., Preparation Strategies and Applications of MXene-Polymer Composites: A Review, Macromol. Rapid Commun., 42, 2100324, 2021.
7.  Ronchi R.M., Arantes J.T., and Santos S.F., Synthesis, Structure, Properties and Applications of Mxenes: Current 
Status and Perspectives, Ceram. Int., 45, 18167-18188, 2019.
8.  Li R., Zhang L., Shi L., and Wang P., MXene Ti3C2: An Effective 2D Light-to-Heat Conversion Material, ACS Nano, 11, 752-3759, 2017.
9.  Ihsanullah I., Potential of MXenes in Water Desalination: Current Status and Perspectives,  Nano-Micro Lett.,  12, 72, 
2020.
10. Sreedhar A. and Noh J.S., Advancements in Solar Desalination of Seawater by Various Ti3C2 MXene Based Morphologies for Freshwater Generation: A Review, Catalysts, 11, 1435-1458, 2021.
11. Khosla A., Awan H.T.A., Singh K., Walvekar R., Zhao Z., Kaushik A., Khalid M., and Chaudhary V., Emergence of 
MXene and MXene–Polymer Hybrid Membranes as Future Environmental Remediation Strategies, Adv. Sci., 9, 2203527, 
2022.
12. Zhao X., Zha X.J., Tang L.S., Pu J.H., Ke K., Bao R.Y., Liu J.Y. et al., Self-assembled Core-Shell Polydopamine@MXene with Synergistic Solar Absorption Capability for Highly Efficient Solar-to-Vapor Generation, Nano Res., 13, 255-264, 2020.
13. Pi M., Wang X., Wang Z., and Ran R., Sustainable MXene/PDA Hydrogel with Core-Shell Structure Tailored for Highly 
Efficient Solar Evaporation and Long-Term Desalination, Polymer,  230, 124075, 2021.
14. Jin Y., Wang K., Li S., and Liu J., Encapsulation of MXene/Polydopamine in Nitrogen-Doped 3D Carbon Networks 
with High Photothermal Conversion Efficiency for Seawater Desalination,  J. Colloid Interface Sci.,  614, 345-354, 2022.
15. Zhao X., Zha X.J., Pu J.H., Bai L., Bao R.Y., Liu Z.Y., Yang M.B., and Yang W., Macroporous Three-Dimensional Mxene 
Architectures for Highly Efficient Solar Steam Generation, J. Mater. Chem., 7, 10446-10455, 2019.
16. Yu Z. and Wu P., Biomimetic MXene-Polyvinyl Alcohol Composite Hydrogel with Vertically Aligned Channels for 
Highly Efficient Solar Steam Generation, Adv. Mater. Technol., 5, 2000065, 2020.
17. Fei J., Koh S.W., Tu W., Ge J., Rezaeyan H., Hou S., Duan H., Lam Y.C., and Li H., Functionalized MXene Enabled 
Sustainable Water Harvesting and Desalination, Adv. Sustain. Syst.,  4, 2000102, 2020.
18. Zhu X., Zhang X., Li, J., Luo X., Xu D., Wu D., Wang W., Cheng X., Li G., and Liang H., Crumple-Textured Polyamide 
Membranes via MXene Nanosheet-Regulated Interfacial Polymerization for Enhanced Nanofiltration Performance,  J. 
Membr. Sci.,  635, 119536, 2021.
19. Wang Y., Xu H., Ding M., Zhang L., Chen G., Fu J., Wang A., Chen J., Liu B., and Yang W., MXene-Regulation Polyamide 
Membrane Featuring with Bubble-Like Nodule for Efficient Dye/Salt Separation and Antifouling Performance, RSC Adv., 
12, 10267-10279, 2022.
20. Zhao J., Yang Y., Yang C., Tian Y., Han Y., Liu J., Yin X., and Que W., A Hydrophobic Surface Enabled Salt-Blocking 
2D Ti3C2 Mxene Membrane for Efficient and Stable Solar Desalination,  J. Mater. Chem.,  6, 16196-16204, 2018.
21. Zhang Q., Yi, G., Fu, Z., Yu, H., Chen, S., and Quan, X., Vertically Aligned Janus Mxene-Based Aerogels for Solar 
Desalination with High Efficiency and Salt Resistance, ACS Nano,  13, 13196-13207, 2019.
22. Zhang B., Gu Q., Wang C., Gao Q., Guo J., Wong P.W., Liu C.T., and An A.K., Self-Assembled Hydrophobic/Hydrophilic 
Porphyrin-Ti3C2Tx MXene Janus Membrane for Dual-Functional Enabled Photothermal Desalination,  ACS Appl. Mater. Interfaces,  13, 3762-3770, 2021.
23. Zhang R., Han W., Jiang H., Wang X., Wang B., Liu C., and Shen C., PBAT/MXene Monolithic Solar Vapor Generator 
with High Efficiency on Seawater Evaporation and Swage Purification,  Desalination,  541, 116015, 2022.
24. Zhao L., Du C., Zhou C., Sun S., Jia Y., Yuan J., Song G., Zhou X., Zhao Q., and Yang S., Structurally Ordered AgNPs@C3
N4/GO Membranes toward Solar-Driven Freshwater Generation, ACS Sustain. Chem. Eng., 8, 4362-4370, 2020.
25. Chenga G., Wanga X., Liua X., Hea Y., and Balakin B.V., Enhanced Interfacial Solar Steam Generation with Composite 
Reduced Graphene Oxide Membrane, Sol. Energy, 194, 415-430, 2019.
26. Zhou Q., Li H., Li D., Wang B., Wang H., Bai J., Ma S., and Wang G., A Graphene Assembled Porous Fiber-Based Janus 
Membrane for Highly Effective Solar Steam Generation,  J. Colloid Interface Sci., 592, 77-86, 2021.
27. Yan J., Xiao W., Chen L., Wu Z., Gao J., and Xue H., Superhydrophilic Carbon Nanofiber Membrane with a 
Hierarchically Macro/Meso Porous Structure for High Performance Solar Steam Generators, Desalination, 516, 115224, 
2021