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美国化学会《ACS Applied Materials & Interfaces》报道我校关于多功能Janus中空太阳能界面蒸发器的构建及应用的研究成果

发布日期:2023-10-10     作者: 化工学院     浏览数:    分享到:

近日,美国化学会《ACS Applied Materials & Interfaces》以Multi-Functional Janus Hollow Solar Evaporator Based on Copper Foam for Non-Contact High-Efficiency Solar Interfacial Distillation为题,报道了我校bepaly体育屈孟男教授研究团队以泡沫铜为基底构建的多功能Janus中空太阳能界面蒸发器在海水淡化及污水净化方面的研究成果。

严重的环境恶化和日趋增多的污水排放使人们对清洁水的需求日益增加,海水淡化技术是解决该问题的方法之一。海水淡化可以通过多级闪蒸、反渗透、冷冻等多种技术实现,但这些传统技术需要昂贵的设备且工艺复杂、操作性低,不具有普及性,因此切实可行的方法就是在清洁太阳能的驱动下,通过各种蒸发净化过程去除有害物质,重新利用海水或被污染的水。而目前报道的太阳能界面蒸发器通常不具备长期抗盐结晶性能,随着蒸发过程的进行,太阳能界面蒸发器表面盐结晶会逐渐增多,堵塞蒸发通道,从而导致蒸发速率降低。

基于以上现状,我校bepaly体育屈孟男教授研究团队将光热材料与超浸润概念相结合,以价格低廉的超疏水泡沫铜为基底,通过对其进行超亲水改性,巧妙构建了一种非接触式的具有保温空腔的Janus太阳能界面蒸发器。

该蒸发器的制备方法简便,所用材料均廉价易得,且所制备的太阳能界面蒸发器具有长期耐盐性能和优异的光热转换率和蒸发速率。分离的光热转换层和双面水蒸发层的精巧构思避免了海水蒸发过程中析出的盐粒影响到光吸收层,且改性后的超亲水泡沫铜的吸水效果十分显著,因此盐结晶几乎很难出现。非接触式系统、特殊的中空结构以及高效的光捕获能力为该蒸发器减少了热量传递,保证了表面高温的持续性,促成了高蒸发速率。同时该蒸发器具有优异的耐化学腐蚀性能、良好的防污和离子排斥性能,可用于从海水、卤水、人工废水中净化干净的水,为解决人们对优质水的需求提供了新的思路和方法,为高效光热转换材料的应用开辟了新的道路。相信这种高效稳定、价格低廉、简便制成的组装式蒸发器能够为今后太阳能脱盐工作提供一些新思路,为偏远水匮乏但光热充足的地区提供廉价、易得的清洁水获取途径。

该项工作由我校bepaly体育独立完成,西安科技大学为唯一署名机构。主要实验工作由我院2021级硕士研究生赵岳同学完成,屈孟男教授为论文通讯作者。该项研究得到了国家自然科学基金、陕西省高校青年创新团队和陕西省科技厅等项目的资助。

论文获取地址:https://doi.org/10.1021/acsami.3c06049

图1. OCF、PCF形成过程示意图和相应的样品图像。

图2.(a)在1个太阳光照下O+PCF3在ISVG期间不同浓度的盐水的质量变化。(b)在1个太阳光照射下,OCF和O+PCF3在3.5 wt% NaCl溶液中连续10 h ISVG期间的蒸发速率(插图是10 h后其顶部光热界面处的盐沉积现象)。(c)O+PCF3在1 h下连续10 h ISVG期间不同浓度盐水中的蒸发速率和(d)10 h后它们的水接触角。(e)在1个阳光照射下连续10 h在15 wt% NaCl水溶液中进行ISVG期间O+PCF3的照片。

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