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高抗盐性 3D 水凝胶蒸发器,用于通过局部结晶进行连续太阳能脱盐
高分子材料科学 / 时间:2021-08-11 22:45:14

黄金城注册送58-大爆奖注册送58-注册送58元可提款新材料在线8月10日讯:新兴的界面蒸发太阳能淡化显示出缓解全球淡水危机的巨大潜力。然而,蒸汽产生过程中整个蒸发表面的盐沉积导致蒸发速率和长期稳定性的恶化。

【摘要】

最近,大连理工大学李林副教授/唐大伟教授团队证明了基于水凝胶的 3D 结构可以通过盐局部结晶作为高效稳定的太阳能蒸发器,用于高盐度盐水脱盐。在这种新颖设计促进的微米级盐水传输管理和边缘优先结晶的作用下,这种 3D 水凝胶蒸发器即使在 20 wt% 的盐水中连续 24 小时也表现出优异的耐盐性能,光热表面上没有盐沉积照明。此外,凭借有前途的 3D 结构和水凝胶优异的水传输的协同效应,所提出的蒸发器具有出色的蒸发性能,在高盐盐水(10 至 25 wt% NaCl) 在 1 次阳光照射下,是文献报道的最佳值之一。该设计具有稳定高效的高盐盐水蒸发性能,在可持续太阳能海水淡化中的应用潜力巨大。相关论文以题为Highly Salt-Resistant 3D Hydrogel Evaporator for Continuous Solar Desalination via Localized Crystallization发表在《Advanced Functional Materials》上。

【主图导读】

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图1 使用基于水凝胶的 3D 蒸发器的稳定太阳能海水淡化系统示意图,该蒸发器由 MXene 纤维布、圆锥台 PVA 水凝胶和商业支撑泡沫组成。在阳光照射下,盐水通过 PVA 水凝胶转移到 MXene 纤维布上,然后产生蒸汽。盐在蒸发器边缘结晶。a) 在传统蒸发器的基础上,盐沉积在整个蒸发器表面。b) 通过将毛细管泵送和 PVA 水凝胶的溶胀行为相结合,提高了盐水的运输能力,从而提高了耐盐性能。c) 基于 PVA 水凝胶的锥形截头锥体蒸发器能够在高盐度盐水脱盐下沉积边缘优先盐。d) 与传统蒸发器(左)相比,径向盐水输送导致局部盐结晶(右)。

【总结】

该团队报告了一种通过使用基于水凝胶的锥形截头锥体蒸发器的局部结晶来稳定太阳能淡化的耐盐策略。该蒸发器由 MXene 纤维布和 PVA 水凝胶以及可变尺寸的盐水通道组成,可实现出色的水传输并在蒸发过程中保持蒸发表面的润湿性,甚至处理高浓度盐水。同时,巧妙地设计了锥形截头体结构,以进行微级盐水输送管理,并提高了边缘优先结晶能力。基于上述优异性能,锥形截头锥体蒸发器在普通 3.5 wt% 盐水中 7 天的蒸发率为 2.22 kg m-2 h-1,在宽广范围的盐水中平均蒸发率为 2.07 kg m-2 h-1。盐度范围为 10 至 25 wt%。盐在边缘结晶,将沉积的盐与蒸发表面隔离。同时,通过实验和数值方法讨论了导致性能稳定的盐沉积机制。此外,通过实验证明了锥形截头锥体蒸发器去除重金属离子或平衡pH值的潜力。设计的锥形截头锥体蒸发器的长期稳定性能促进了太阳能海水淡化的实际应用。


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