Energy Technology:基于界面加热的硫化铜/纤维素复合薄膜助力太阳能海水淡化

全光谱吸收并转换太阳光,是高效率太阳能海水淡化技术应用的关键。为此,有必要探索新的光热转换方法,以此设计太阳光吸收材料,实现高效的光热转换和空气-水界面海水淡化。CuS半导体材料具有等离子体共振吸收效应,在近红外(NIR)区有强的光吸收,由于其低成本和高光热转换效率,CuS纳米粒子常与不同基底材料复合用于制作光热转换复合薄膜;具有表面多孔结构的CuS空心纳米球,可见光-近红外光热性能会得到进一步提升。纤维素在自然界中大量存在,有着出色的生物相容性、生物降解性、热稳定性及化学稳定性,还可以方便地制成薄膜、无纺布织物和海绵等不同结构,在工农业上应用广泛;纤维素表面富含羟基等官能团,可以实现与各种功能纳米粒子的复合,引入各种独特的物理和化学性质。

近日,河南工业大学张猛尚蒙娅等研究了一种具有界面等离子体加热性能的光热转换复合多孔膜,适用于高效太阳能海水淡化。该复合薄膜由CuS纳米球和含竹炭的纤维素构成,直径约为140 nm的中空CuS纳米球均匀生长在纤维素表面。复合薄膜具有黑色粗糙的多孔表面,能通过多次散射充分吸收入射光,达到良好的光吸收效果:在400 nm-2500 nm之间的吸光率达94%。该CuS/纤维素复合膜内部为微孔结构,其亲水性由于溶剂的作用得到了改善,亲水性高,可以通过毛细作用将水带到受热区域,表面水蒸发后可得到迅速补充。同时,复合薄膜的导热系数低至0.06 W m-1 K-1,比纯水(0.556 W m-1 K-1)低得多,隔热效果良好,有助于减少热扩散到水的非蒸发部分所造成的热损失。在功率密度为1 kW m-2的模拟太阳光下,CuS/纤维素复合薄膜可以被加热到70 ℃,用于海水淡化时,蒸发效率达到85%。与已报道的贵金属类光热转换材料和一些多层蒸发结构相比,这种新型复合薄膜具有成本低、制备方便、热量损耗小等优点,有利于未来实现规模化太阳能海水淡化。

论文信息:

CuS Hollow Nanospheres/Cellulose Composite Film as a Recyclable Interfacial Photothermal Evaporator for Solar Steam Generation

Mengya Shang, Shanhong Xu, Jinling Li, Haojiong Sun, Jin Peng, Shun Wang, Meng Zhang*

Energy Technology

DOI: 10.1002/ente.202100805

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ente.202100805?af=R