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《文章投稿》用于高效的太陽能海水淡化的具有高效耐鹽和熱定位的自漂浮一體式水凝膠蒸發(fā)器
發(fā)布時間：2025-05-19 瀏覽量：33
1.文章信息
標(biāo)題：A self-floating integrated hydrogel evaporator with efficient salt resistance
and thermal localization for efficient solar water desalination
中文標(biāo)題：用于高效的太陽能海水淡化的具有高效耐鹽和熱定位的自漂浮一體式水凝膠蒸發(fā)器
頁碼：492 (2024) 152302
DOI: 10.1016/j.cej.2024.152302
2.文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152302
3.期刊信息
期刊名：Chemical Engineering Journal
ISSN: 1385-8947
2022年影響影子：15.1
分區(qū)信息：中科院1區(qū)top
設(shè)計研究方向：界面蒸發(fā)
4．作者信息:
第一作者：蘭州理工大學(xué)張賽
通訊作者：蘭州理工大學(xué)劉健、蘭巧，中國人民解放軍陸軍勤務(wù)學(xué)院劉娜。
5.文中所述設(shè)備由北京中教金源科技有限公司提供，設(shè)備型號：CEL-S500
6.文章簡介：
淡水資源枯竭已成為現(xiàn)代社會日益令人擔(dān)憂的問題，對人類生存和經(jīng)濟發(fā)展具有重大影響。為了有效緩解淡水危機，蒸餾、多級閃蒸、反滲透等各種海水淡化技術(shù)發(fā)展迅速，并被應(yīng)用于多個領(lǐng)域。然而，這些傳統(tǒng)技術(shù)會帶來溫室氣體排放、水污染、高能耗等各種問題不可避免地限制了其廣泛應(yīng)用。為了克服這些局限性，太陽能驅(qū)動的界面蒸發(fā)（SDIE）因其高效率和低能耗而成為一種有前途的可持續(xù)淡水生產(chǎn)方法。
關(guān)于太陽能蒸發(fā)器的研究報告很多，如水凝膠,氣凝膠和生物質(zhì)等蒸發(fā)器。然而，對于大多數(shù)蒸發(fā)器來說，由于熱量損失和鹽分積累，蒸發(fā)速率和蒸發(fā)效率受到限制。造成這種現(xiàn)象的主要原因如下。首先，許多太陽能蒸發(fā)器不能自行漂浮，通常需要安裝在帶有輸水裝置的泡沫板上。這種蒸發(fā)裝置實際上減少了向水體的熱傳遞。然而，隨著連續(xù)蒸發(fā)過程的進(jìn)行，水體的鹽濃度增加，一維通道的水分輸送能力明顯降低，降低了蒸發(fā)器的汽化性能，影響了蒸發(fā)器的穩(wěn)定性。其次，大多數(shù)蒸發(fā)器既是輸水層又是光熱層，不僅增加了光熱材料的浪費，還導(dǎo)致光熱層與水體直接接觸，造成熱量損失。理想的太陽能驅(qū)動界面蒸發(fā)器不僅要具有較高的蒸發(fā)性能，還要具有優(yōu)良的穩(wěn)定性、良好的耐鹽性和低成本。近年來，共軛聚合物水凝膠因其固有的含水特性和易于定制的內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)而在研究人員中廣受歡迎。通過摻入親水官能團(tuán)來調(diào)節(jié)水與共軛聚合物網(wǎng)絡(luò)之間的相互作用，實現(xiàn)了SDIE的高蒸發(fā)性能。雖然研究人員開發(fā)的光熱水凝膠達(dá)到了高水平的蒸發(fā)速率，但部分蒸發(fā)器缺乏耐鹽性測試。為了實現(xiàn)SDIE的廣泛應(yīng)用，需要一種系統(tǒng)的設(shè)計，以平衡太陽能蒸發(fā)器的各種性能方面。設(shè)計一種具有高效熱管理、耐鹽和自漂浮能力的蒸發(fā)器以實現(xiàn)高效的清潔水生產(chǎn)仍然是一個重大挑戰(zhàn)。
在這里，我們設(shè)計了一種帶有自漂浮能力的雙層水凝膠蒸發(fā)器。蒸發(fā)器由發(fā)泡聚苯乙烯板、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、瓊脂和導(dǎo)電炭黑制成。蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計提高了蒸發(fā)系統(tǒng)的輸水能力，有效減少了熱量損失，使蒸發(fā)器具有高效的耐鹽和熱定位性能。該蒸發(fā)器在1 kW m-2光照下表現(xiàn)出2.77 kg m-2 h-1和94.25%的出色蒸發(fā)速率和蒸發(fā)效率。該蒸發(fā)器在10周期太陽蒸發(fā)實驗中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。在1 kW m-2照明下連續(xù)蒸發(fā)9小時，蒸發(fā)器在3.5 wt% NaCl溶液中表現(xiàn)出優(yōu)異的耐鹽性。此外，蒸發(fā)器對有機廢水對硝基苯酚和亞甲藍(lán)的凈化率分別達(dá)到99.8%和100%。上述證明該蒸發(fā)器具有穩(wěn)定高效的太陽能凈水能力，也證明了界面太陽能蒸汽產(chǎn)生比傳統(tǒng)策略在熱力學(xué)和動力學(xué)方面的優(yōu)勢，為大規(guī)模太陽能海水淡化和凈水提供了新途徑。
