فصلنامه علمی بسپارش

فصلنامه علمی بسپارش

هیدروژل‌های آکریلی برای نمک‌زدایی خورشیدی آب دریا: ساختار، عملکرد و چالش‌ها

نوع مقاله : تالیفی

نویسندگان
1 استادیار/پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران
2 پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران
3 پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، صندوق پستی 115 - 14965
10.22063/basparesh.2026.35911.1780
چکیده
افزایش تقاضای جهانی برای آب شیرین در اثر رشد جمعیت، توسعه صنعتی و تغییرات اقلیمی، ضرورت توسعه فناوری‌های کارآمد و پایدار نمک‌زدایی را بیش از پیش آشکار ساخته است. در این میان، نمک‌زدایی خورشیدی به عنوان رویکردی سازگار با محیط‌زیست و کم‌مصرف، توجه گسترده‌ای را به خود جلب کرده است. هیدروژل‌های مبتنی بر پلی اکریلیک اسید (PAA) به دلیل ظرفیت جذب آب بالا، ساختار متخلخل، وجود گروه‌های کربوکسیلی فراوان، قابلیت دفع انتخابی یون‌ها و امکان اصلاح شیمیایی، از جمله مواد امیدبخش برای استفاده در سامانه‌های تبخیر بین‌سطحی خورشیدی محسوب می‌شوند. در این مقاله مروری، ساختار، ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی و سازوکارهای عملکرد هیدروژل‌های PAA در نمک‌زدایی خورشیدی آب دریا مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین نقش این هیدروژل‌ها در انتقال آب، دفع یون‌ها، کاهش آنتالپی تبخیر و افزایش راندمان تبخیر خورشیدی تشریح شده است. راهبردهای اصلاح هیدروژل‌های PAA از طریق به‌کارگیری مواد فوتوگرمایی نظیر گرافن، گرافن اکسید، نانولوله‌های کربنی، MXene و نانوذرات فلزی و تأثیر آن‌ها بر بهبود عملکرد تبخیری مرور شده است. علاوه بر این، کاربرد عوامل ضدباکتریایی از جمله نانوذرات نقره و کیتوزان در کاهش زیست‌آلودگی و افزایش پایداری عملکرد سامانه‌های نمک‌زدایی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج مطالعات نشان می‌دهد که هیدروژل‌های مبتنی بر PAA قادر به دستیابی به نرخ‌های تبخیر بالا، بازده تبدیل انرژی بیش از 95 درصد و حذف مؤثر نمک‌ها و آلاینده‌های زیستی هستند. در نهایت، چالش‌های موجود شامل رسوب نمک، پایداری مکانیکی، دوام طولانی‌مدت و مقیاس‌پذیری صنعتی مورد بحث قرار گرفته و چشم‌اندازهای آینده برای توسعه سامانه‌های نمک‌زدایی خورشیدی مبتنی بر هیدروژل‌ها ارائه شده است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Acrylic hydrogels for solar seawater desalination: structure, performance, and challenges

نویسندگان English

Kourosh Kabiri 1
Ehsan Nemati 2
Mohammad jalal Zohourian Mehr 3
1 Iran Polymer and Petrochemical Institute
2 Iran polymer and petrochemical Institute
3 Iran polymer and petrochemical institute
چکیده English

Growing global demand for freshwater, driven by population growth, industrialization, and climate change, has intensified the need for efficient and sustainable desalination technologies. Solar desalination has emerged as an environmentally friendly and energy-efficient approach for freshwater production. Poly(acrylic acid) (PAA)-based hydrogels have attracted significant attention owing to their high water absorption capacity, porous structure, abundant carboxyl groups, selective ion rejection capability, and tunable physicochemical properties. This review examines the structure, properties, and desalination mechanisms of PAA-based hydrogels in solar-driven seawater desalination systems. Particular emphasis is placed on their roles in water transport, ion exclusion, evaporation enthalpy reduction, and enhancement of solar evaporation performance. Recent advances in hydrogel modification through the incorporation of photothermal materials, including graphene, graphene oxide, carbon nanotubes, MXenes, and metallic nanoparticles, are also discussed. Furthermore, the use of antibacterial agents such as silver nanoparticles and chitosan for mitigating biofouling and improving operational stability is reviewed. Finally, major challenges, including salt accumulation, mechanical durability, long-term stability, and large-scale implementation, are highlighted, and future research directions for the development of high-performance solar desalination systems based on acrylic hydrogels are presented.

کلیدواژه‌ها English

: Hydrogel
Solar Desalination
Surface Evaporation
Photothermal Materials
acrylic acid

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 18 آبان 1405