Tổng hợp, đặc tính cấu trúc và ứng dụng của vật liệu SiO2/CaCl2 composite trong thu hồi nước từ không khí
DOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.111.2026.71-78Từ khóa:
Thu hồi nước từ không khí; Composite SiO₂/CaCl₂; Tổng hợp sol–gel; Hấp phụ hơi nước.Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, vật liệu composite SiO₂/CaCl₂ được tổng hợp bằng phương pháp sol–gel, được ứng dụng để thu hồi nước từ không khí. Khảo sát ảnh hưởng của thành phần tỷ lệ khối lượng SiO₂/CaCl₂ và thời gian già hóa gel đến cấu trúc, tính chất hấp phụ cho thấy điều kiện tổng hợp tối ưu được xác định tại tỷ lệ khối lượng SiO₂/CaCl₂ = 1:1 và thời gian già hóa gel 48 giờ. Bằng các phương pháp phân tích công cụ hiện đại SEM-EDX, XRD, hấp phụ-khử hấp phụ N₂ (BET) để đánh giá các đặc trưng cấu trúc vật liệu đã tổng hợp. Kết quả cho thấy vật liệu có cấu trúc hai pha gồm CaCl₂ tinh thể phân tán trong nền SiO₂ vô định hình, với diện tích bề mặt riêng đạt 19,1 m² g⁻¹ và đặc trưng mao quản trung bình. Ở nhiệt độ phòng (25–27 °C), vật liệu đạt dung lượng hấp phụ nước 0,31 g g⁻¹ tại 70% RH và 0,39 g g⁻¹ tại 90% RH, với thời gian đạt cân bằng khoảng 60 giờ. Mặc dù dung lượng hấp phụ giảm sau khi tái sinh nhiệt, vật liệu vẫn duy trì khả năng hấp phụ đáng kể, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong các hệ thống thu hồi nước phân tán chi phí thấp.
Tài liệu tham khảo
[1]. C. Zhang et al., “Atmospheric Water Extraction – A Review from Materials to Devices”, Journal of Materials Chemistry A, vol. 11, (2023).
[2]. J. Liu et al., “Water Scarcity Assessments in the Past, Present, and Future”, Earth’s Future, vol. 5, no. 6, pp. 545–559, (2017).
[3]. R. Li et al., “Hybrid Hydrogel with High Water Vapor Harvesting Capacity for Deployable Solar-Driven Atmospheric Water Generator”, Environmental Science & Technology, vol. 52, no. 19, pp. 11367–11377, (2018).
[4]. M. Ehtisham et al., “A Comprehensive Review of Approaches, Systems, and Materials Used in Adsorption-Based Atmospheric Water Harvesting”, Science of The Total Environment, vol. 958, p. 177885, (2025).
[5]. W. Zeng, T. You, W. Wu, “Passive Atmospheric Water Harvesting: Materials, Devices, and Perspectives”, Nano Energy, vol. 125, p. 109572, (2024).
[6]. X. Zhou et al., “Atmospheric Water Harvesting: A Review of Material and Structural Designs”, ACS Materials Letters, vol. 2, no. 7, pp. 671–684, (2020).
[7]. M. Bilal et al., “Adsorption-Based Atmospheric Water Harvesting: A Review of Adsorbents and Systems”, International Communications in Heat and Mass Transfer, vol. 133, p. 105961, (2022).
[8]. S. N. Abd Elwadood et al., “Aluminophosphate-Based Adsorbents for Atmospheric Water Generation”, Journal of Water Process Engineering, vol. 49, p. 103099, (2022).
[9]. H. Shan et al., “Exceptional Water Production Yield Enabled by Batch-Processed Portable Water Harvester in Semi-Arid Climate”, Nature Communications, vol. 13, no. 1, p. 5406, (2022).
[10]. M. Ejeian et al., “Solar Powered Atmospheric Water Harvesting with Enhanced LiCl/MgSO4/ACF Composite”, Applied Thermal Engineering, vol. 176, p. 115396, (2020).
[11]. N. Ortiz, S. Rao, “Review of Rain and Atmospheric Water Harvesting History and Technology”, Oxford University Press, (2024).
[12]. J. Yan et al., “A Polyzwitterionic@MOF Hydrogel with Exceptionally High Water Vapor Uptake for Efficient Atmospheric Water Harvesting”, Molecules, vol. 29, p. 1851, (2024).
[13]. Y. Hu et al., “Ferrocene Dicarboxylic Acid Ligand-Exchanged Hollow MIL-101(Cr) Nanospheres for Solar-Driven Atmospheric Water Harvesting”, ACS Sustainable Chemistry & Engineering, vol. 10, (2022).
[14]. J. Mrowiec-Bialon et al., “Effective Inorganic Hybrid Adsorbents of Water Vapor by the Sol–Gel Method”, Chemistry of Materials, vol. 9, pp. 2486–2490, (1997).
[15]. J. Mrowiec-Bialon et al., “Water Vapor Adsorption on the SiO2–CaCl2 Sol–Gel Composites”, Langmuir, vol. 15, pp. 6505–6509, (1999).
[16]. H. Yang et al., “Temperature-Triggered Collection and Release of Water from Fogs by a Sponge-Like Cotton Fabric”, Advanced Materials, vol. 25, no. 8, pp. 1150–1154, (2013).
[17]. B. Wang et al., “Recent Advances in Atmosphere Water Harvesting: Design Principle, Materials, Devices, and Applications”, Nano Today, vol. 40, p. 101283, (2021).
[18]. D. Zhu et al., “Experimental Study on Composite Silica Gel Supported CaCl2 Sorbent for Low Grade Heat Storage”, International Journal of Thermal Sciences, vol. 45, no. 8, pp. 804–813, (2006).
[19]. S. Shervani et al., “Simultaneous Impregnation and Microencapsulation of CaCl2 Using Silica Gel and Methyl Cellulose for Thermal Energy Storage Applications”, Scientific Reports, vol. 14, no. 1, p. 7183, (2024).
[20]. S. Alsaman et al., “Characterization and Cost Analysis of a Modified Silica Gel-Based Adsorption Desalination Application”, Journal of Cleaner Production, vol. 379, p. 134614, (2022).
[21]. Kozik V. V. et al., “Preparation of CaO@TiO₂–SiO₂ Biomaterial with a Sol–Gel Method”, ACS Omega, vol. 5, pp. 27221–27226, (2020).
