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东华大学朱美芳院士、陈志钢教授团队 Prog. Mater. Sci. 综述:用于太阳能驱动海水淡化的光热织物
2025-01-09  来源:高分子科技

  东华大学朱美芳院士、陈志钢教授团队基于光热织物在太阳能海水淡化方面表现出的潜力,近期在Progress in Materials Science (IF=33.6)期刊上发表了题为“Photothermal fabrics for solar-driven seawater desalination”的综述文章。该文章由东华大学材料科学与工程学院博士生胡金晶担任第一作者,陈志钢教授为通讯作者,朱美芳院士和南京大学朱嘉教授共同指导下完成。研究得到了国家重点研发计划项目(2022YFB3804902, 2022YFB3804900)和国家自然科学基金项目(52161145406,42376045)的支持。


光热织物:驱动未来的太阳能海水淡化革命


金芒巧织热纹裳,烟升慢散化琼浆。

细密纤丝传水速,特殊纹络锁能强。

高转化能驱卤苦,长持效力解干荒。

科技融材兴百业,净涓直济众生长。


图1. 光热织物在太阳能海水淡化应用的优势


  随着城市化、工业化、人口增长和气候变化的加剧,全球淡水需求不断攀升,淡水资源危机日益严峻。在全球水资源中,海水占比高达96%,覆盖地球表面的75%,是储量最丰富、分布最广的水源。然而,如何将这一巨大的资源转化为可用淡水,仍是亟待解决的核心课题。传统海水淡化技术高度依赖化石燃料和电力等高级能源,不仅成本高昂,还带来严重的环境挑战。在此背景下,太阳能驱动的海水淡化技术脱颖而出,以其可再生性、生态友好性和巨大潜力,成为解决淡水资源与能源危机的理想选择。


  这篇综述文章聚焦于光热织物在太阳能海水淡化中的应用,系统总结了光热织物的制备策略、基于光热织物的蒸发器设计,以及多功能蒸发系统的最新进展。光热织物因其资源丰富、成本低廉、比表面积大、用途广泛、结构可调及优异的柔韧性,展现出在太阳能蒸发技术中的独特优势:(1)粗糙纹理表面有助于阳光的多次吸收,提高光热转化效率;(2)复杂纤维结构带来高比表面积,显著增强蒸发过程中水与空气的接触界面;(3)可调亲水性和毛细作用协同优化,确保蒸发过程中海水的持续供应;(4)高度柔性适配多种蒸发器结构;(5)低成本和可规模化生产的特性,赋予其在大规模海水淡化中的广阔潜力。


2. (a)结合光热材料的织物光热转换机理:表面等离子体共振(SPR) (b)、电子-空穴对非辐射弛豫(c)和分子热振动(d)


3. 基于光热织物所构建的典型太阳能蒸发系统


  文章详细整合了光热织物的制备技术,包括表面改性、高温碳化、静电纺丝、气喷纺丝和结构编织等方法,同时探讨了超结构光热织物在广谱光吸收和水分传输中的关键设计要素。此外,文章重点介绍了光热织物蒸发器的多样化结构设计,包括漂浮型、翻转型、三维隔离型、悬挂型和向光斜挂型蒸发器,并深入剖析了其在光吸收增强、热损失控制和抗盐结晶方面的结构-功能关系。


4. 多功能太阳能蒸发系统—催化、发电和盐渍土修复。


  更为重要的是,作者详细介绍并展望了太阳能驱动海水蒸发系统的跨领域应用,包括催化、发电以及盐渍土修复等,展示了这一技术在解决淡水匮乏、能源短缺和环境污染等复杂挑战中的多重潜力。通过光热织物的创新设计、太阳能蒸发器的优化构建以及多功能特性的融入,太阳能蒸发系统的效率已可突破90%,为淡水资源开发提供了颠覆性解决方案。


  作者在文章中强调,光热织物在太阳能海水淡化领域具有广阔的应用前景和重要的研究价值。同时,他们也深刻分析了光热织物及其相关蒸发器在产业化过程中面临的机遇与挑战,为未来的技术发展和研究方向提供了清晰的指导。这项工作无疑将推动太阳能驱动海水淡化技术迈向新的高峰,为全球水资源可持续管理注入强劲动力。


  论文链接:https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2024.101407

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