通过使用界面太阳能蒸汽发生器(ISSG),利用太阳能对海水进行淡化以获得清洁水是缓解全球清洁水短缺的有效方法。目前,研究者们已经开发了多种光热转换材料(包括生物质材料,碳基材料,金属纳米颗粒,无机半导体和有机高分子材料等)用于制备ISSG,并通过合理的结构设计进一步提升其海水淡化性能。
然而,ISSG的结构设计仍面临一些共同的挑战:首先,ISSG的表面通常是平面,导致较低的光吸收率;其次,大多数ISSG缺乏定向输水功能,导致向ISSG的气液界面供水量不足,影响ISSG的持续蒸发能力;最后,ISSG还面临着蒸发过程中盐的结晶和积累阻碍水分输送、机械强度弱及结构易坍塌等挑战,现阶段被广泛研究的ISSG难以同时应对上述挑战。因此,需要进一步开发集优异的光吸收、快速的水输送、良好的机械性能和耐盐性于一体的高性能ISSG。
西安工程大学支超团队受莲蓬的天然结构启发,结合专业优势设计并织造出具有底层小孔和上层大孔并由间隔丝层相互连接的特殊结构的经编间隔织物,随后将等离子体处理的经编间隔织物(PSF)与海藻酸钠(SA)和还原氧化石墨烯(rGO)结合,制备出一种新型的具有莲蓬仿生结构的ISSG(rGO-SA-PSF),如图1所示。rGO-SA-PSF在1 kW m-2光照强度下具有优异的海水淡化性能,同时兼具优秀的机械性能及耐盐性,在太阳能驱动的水蒸发、海水淡化和废水处理领域具有广阔的应用前景。
图1 rGO-SA-PSF的仿生制备
图2 rGO-SA-PSF的物理特性和化学结构
图3 rGO-SA-PSF的光热、水管理和机械性能
图4 rGO-SA-PSF的太阳能驱动水蒸发和海水淡化性能
图5 rGO-SA-PSF的耐盐性、自脱盐性及在户外实验下的海水淡化性能
图6 rGO-SA-PSF的太阳能驱动废水净化性能
综上,本研究提出的具有莲蓬仿生结构的ISSG为实现高效稳定的海水淡化和废水净化提供了一种创新解决方案。基于其在光热、输水和力学等方面优异的综合性能,具有该种仿生结构的ISSG在太阳能驱动的水蒸发、海水淡化以及废水处理等领域具有巨大的应用潜力。
原文链接:https://doi.org/10.1002/smll.202304877
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