淡水资源是人类和其他生物生存不可或缺的基本资源。然而,随着近年来世界人口的快速增长、工业的迅猛发展以及极端高温事件的不断增多,淡水资源紧缺的问题日益凸显。通过太阳能淡化海水的策略展现出可持续,环保的优势。近年来海绵,木质素和水凝胶等各种多孔材料被用于制备太阳能蒸发器。但是太阳能蒸发器的原材料成本昂贵,制造工艺复杂等方面因素一直限制其广泛应用。因此,迫切需要一种易于制造、原材料成本低、对环境无害且具有高效和长期稳定性的太阳能蒸发器。
在此工作中,福州大学江献财副教授研究团队和武汉纺织大学叶德展研究团队在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“Facile preparation of sodium alginate/poly(vinyl alcohol)/graphite hybrid porous hydrogel for efficient solar desalination”的论文,在该研究中作者选用海藻酸钠(SA),聚乙烯醇(PVA)和商用石墨为主要原料,通过简单高效的发泡冷冻交联法赋予太阳能蒸发器以丰富的孔隙结构,制备出具备良好生物相容性,弹性的和耐盐的多孔水凝胶基太阳能蒸发器(SPG)。
图 2不同样品的照片和SEM图像:(a、d和g)SPG1,(b、e和h)SPG2,(c、f和i)SPG3。
图 6 在模拟1kW m-2太阳光下使用SPG在3.5 wt%盐水中蒸发12 h期间的(a)质量变化和(b)蒸发速率。(c) SPG上表面的盐颗粒溶解过程照片。SPG在不同浓度的盐水(3.5、10和20 wt%)中的(d)质量变化和(e)蒸发速率。(f) 太阳能蒸发过程中SPG耐盐性原理示意图。
图 8 (a)SPG用于室外海水淡化的装置工作示意图。(b)2023年7月5日室外温度、光照强度和(c)脱盐水收集的变化。(d)海水淡化前后东海海水中四种主要离子(Na+、K+、Mg2+和Ca2+)的浓度测量。模拟有机染料废水净化前后的吸光度变化:(e)MO和(f)MB。
总而言之,本工作通过一种简单且可扩展的发泡冷冻交联法,制备了一种具有丰富互连孔结构的生物质衍生多孔太阳能蒸发器SPG。SPG多维互连的孔结构显著提高了蒸发器的持水能力,并缓解了由于盐结晶而导致的孔堵塞问题。SPG蒸发器具有高效的水输送速率和耐盐结晶性。SPG蒸发器表现出较高的太阳蒸发速率和能量转换效率。此外,即使在高浓度盐水(20 wt%)下,SPG也保持2.66 kg m-2 h-1的高蒸发率。此外,SPG表现出较强的机械稳定性和耐久性。SPG具有高的太阳能蒸发能力、显著的耐盐性、优异的机械性能以及长期稳定性,使SPG在太阳能海水淡化领域中显示出实际应用潜能。
原文链接:https://authors.elsevier.com/a/1iItI4x7R2gYQL
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