Advanced Functional Materials:双区光热蒸发器——自旋转高效抗积盐加速太阳能水蒸发

太阳能界面光热蒸发是一种极具应用前景且低成本的海水淡化技术。然而,海水蒸发过程中光热蒸发表面盐的积聚会降低阳光吸收率和堵塞传水通道,对光热蒸发的稳定性和持续性极为不利。设计开发具有高效光热蒸发速率且同时能抗积盐的光热蒸发器对于推动太阳能光热蒸发技术在海水淡化中的实际应用具有重要意义。

近日,南澳大利亚大学徐浩兰教授课题组和南京林业大学杨小飞教授课题组开展合作研究,构建了一种双区自旋转光热蒸发器用于高效抗积盐的太阳能光热蒸发。通过在超轻质疏水聚苯乙烯球表面负载纳米纤维素以及亲水聚多巴胺和聚吡咯光热涂层,从而使得轻质球形光热蒸发器对重量不平衡具有极高的敏感度。研究表明:15毫克的积盐就能触发球形光热蒸发器的自旋转,积盐表面接触水面使得积盐快速溶解。

同时,新的蒸发表面暴露在阳光下继续进行光热蒸发。这种快速响应的特性可以显著缩短表面积盐对蒸发的影响时间,从而增加平均蒸发速率。此外,由于光热蒸发器的超轻重量和低排液比,大于60%的球体表面都位于水面以上作为蒸发表面。由于球体表面接收太阳光的角度和强度不同,使得蒸发表面出现高温和低温两个蒸发区域。

低温蒸发区域的面积占到总面积的37%-42%。由于其表面温度使终低于环境温度,在光热蒸发过程中可以从环境中额外吸收能量用于驱动蒸发,使总体蒸发速率大大提高。研究工作得到澳大利亚研究理事会、南澳大利亚大学和南京林业大学杰出青年基金的资助。

论文信息:

Dual-Zone Photothermal Evaporator for Antisalt Accumulation and Highly Efficient Solar Steam Generation

Xuan Wu, Yida Wang, Pan Wu, Jingyuan Zhao, Yi Lu, Xiaofei Yang*, Haolan Xu*

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202102618