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膜室在界面光热转换海水淡化材料领域取得研究进展

来源:膜室    发布时间: 2023-05-17

    近日,膜室在界面光热蒸发促进海水淡化研究领域取得新进展。研究成果以“Janus 3D graphene based evaporator with controllable wettability for highly efficient solar desalination” (具有可控亲水性的Janus结构三维石墨烯基蒸发器材料用于高效太阳能海水淡化)为题于2023年4月19日在线发表于工程技术领域知名期刊《Desalination》(影响因子:11.211)上(https://doi.org/10.1016/j.desal.2023.116639).膜室杨扬为该论文的第一作者与通讯作者。

    面向碳达峰、碳中和目标,针对淡水紧缺和能源危机,研究者们对利用“绿色能源—太阳能”和“蓝色能源—海洋”可持续生产淡水给予了极大的关注,试图获得高效的能源转换效率以解决淡水与清洁能源两大资源问题。

    界面太阳能光热转换技术,凭借其高效的太阳能热利用,出色的光热转换率和高产的水蒸发量而备受关注。然而,该领域仍存在长期耐盐稳定性差和产水率低的问题,严重限制了该技术的实际应用。

    针对上述难题,膜室开发了紫外-臭氧可控亲水化处理手段,构筑了上层亲水、下层疏水的Janus结构三维石墨烯。材料上层亲水层起到了连续补水的作用,用于水分的蒸发;底层疏水层可以支撑材料漂浮在水面上,确保有效的光吸收,并有助于减少热损失。基于上述协同作用,在1 kW m-2的光照强度下,Janus三维石墨烯蒸发器的水蒸发速率稳定在1.71 kg m-2 h-1,转换效率高达94.1%,性能较纯亲水或疏水材料有了明显的提升。同时在高浓度的模拟海水(10 wt%)中表现出优异的耐盐性能。本研究为高效、耐盐型界面太阳能光热转换海水淡化材料的研发提供了新的思路。

    本研究得到了国家自然科学基金、中央级公益性科研院所基本科研业务专项资金等项目的资助。


图. (a)Janus结构三维石墨烯材料制备示意图。(b)材料蒸发过程示意图。(c)材料循环性能。


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