西北工业大学杨慧团队研发新型光热界面蒸发器，实现高效海水淡化
西北工业大学杨慧团队研发新型光热界面蒸发器，实现高效海水淡化
研究背景
太阳能水蒸发作为一种环保方法，为缓解全球清洁水短缺提供了一种途径。然而，由于海水蒸发速度快、环境稳定性差、制备成本高而导致的盐分积累极大地限制了其在实践中的推广应用。在这项研究中，通过两步原位聚合方法制备了具有润湿梯度双层结构的新型PDMAA+CNTs/P（AM-co-AA）（PC）水凝胶，该水凝胶进一步用于开发高效的太阳能海水淡化装置。相对疏水的顶层由PDMAA+CNT复合水凝胶制成，具有高效的宽带太阳能吸收和高光热转换效率。亲水底层采用P（AM-co-AA）水凝胶设计，具有优异的力学性能和互穿多孔结构，可以通过毛细作用快速补充水分，加速水分转移速率。在1次太阳照射下，蒸发率高达2.11kg·m-2·h-1，光热转换效率可达92.22%。在2次太阳照射下，15重量%的盐溶液连续蒸发72小时后，PC蒸发器表现出稳定的光热性能和优异的盐稳定性。此外，这种新型PC蒸发器具有出色的耐用性和环境稳定性，即使在恶劣条件下处理30天后，也能保持其初始输水能力，为成本效益高（总材料成本为9.18平方米）、耐盐、环境稳定和可持续的太阳能驱动水管理提供了一个有吸引力的平台。
【文章解读】
图1. PC太阳能蒸发器的制造示意图。
图2. PC蒸发器的微观结构表征
图3. 蒸发器的光热和水热传递性能表征。
图4. a） 耐盐性和水净化性能测试。
图5. 蒸发器的户外性能测试。
【文章总结】
该文构建了一种新型的具有润湿梯度双层结构的太阳能蒸发器。所得到的PC2H1:1水凝胶蒸发器在1个太阳照射下显示出92.22%的理想光热转换效率和2.11kg·m-2·h-1的优异蒸发率。亲水性聚合物网络和多孔结构产生的毛细作用允许海水从蒸发器底部快速补充到表面。富含光热吸收材料的相对疏水的聚合物网络提供了一种高效的光热转换系统，显著降低了蒸发焓，从而促进了水的有效蒸发。更重要的是，这种新型蒸发器在3.5重量%的盐溶液中在1次阳光照射下连续蒸发30天，以及在25重量%盐溶液中连续蒸发3次阳光照射96小时后，表现出优异的耐盐性，没有观察到任何盐结晶。主要原因是疏水顶层能有效阻隔水和盐的渗透，使水蒸发只发生在底层，避免盐堵塞蒸发通道。通过这种润湿梯度双层结构设计，可以在高盐浓度条件下保持高蒸发效率。此外，这种新型蒸发器即使在强酸和强碱、潮湿酸性环境和生活污水等恶劣条件下运行30天后，也表现出出色的环境稳定性。这项工作为设计和开发新型低成本、高耐盐、环保的太阳能蒸发器提供了新的视角。
【通讯作者】
西北工业大学杨慧教授
【论文信息】
A cost-effective, salt-resistant and environmentally stable solar evaporator with a wetting-gradient bilayer structure for long-term seawater desalination
Chemical Engineering Journal（JCR Q1，IF=13.1）