《文章投稿》用于高效的太阳能海水淡化的具有高效耐盐和热定位的自漂浮一体式水凝胶蒸发器

1.文章信息

标题：A self-floating integrated hydrogel evaporator with efficient salt resistance

and thermal localization for efficient solar water desalination

中文标题：用于高效的太阳能海水淡化的具有高效耐盐和热定位的自漂浮一体式水凝胶蒸发器

页码：492 (2024) 152302

DOI: 10.1016/j.cej.2024.152302

2.文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152302

3.期刊信息

期刊名：Chemical Engineering Journal

ISSN: 1385-8947

2022年影响影子：15.1

分区信息：中科院1区top

设计研究方向：界面蒸发

4．作者信息:

第 一 作者：兰州理工大学张赛

通讯作者：兰州理工大学刘健、兰巧，中国人民解放军陆军勤务学院刘娜。

5.文中所述设备由北京中教金源科技有限公司提供，设备型号：CEL-S500

6.文章简介：

淡水资源枯竭已成为现代社会日益令人担忧的问题，对人类生存和经济发展具有重大影响。为了有效缓解淡水危机，蒸馏、多级闪蒸、反渗透等各种海水淡化技术发展迅速，并被应用于多个领域。然而，这些传统技术会带来温室气体排放、水污染、高能耗等各种问题不可避免地限制了其广泛应用。为了克服这些局限性，太阳能驱动的界面蒸发（SDIE）因其高效率和低能耗而成为一种有前途的可持续淡水生产方法。

关于太阳能蒸发器的研究报告很多，如水凝胶,气凝胶和生物质等蒸发器。然而，对于大多数蒸发器来说，由于热量损失和盐分积累，蒸发速率和蒸发效率受到限制。造成这种现象的主要原因如下。首先，许多太阳能蒸发器不能自行漂浮，通常需要安装在带有输水装置的泡沫板上。这种蒸发装置实际上减少了向水体的热传递。然而，随着连续蒸发过程的进行，水体的盐浓度增加，一维通道的水分输送能力明显降低，降低了蒸发器的汽化性能，影响了蒸发器的稳定性。其次，大多数蒸发器既是输水层又是光热层，不仅增加了光热材料的浪费，还导致光热层与水体直接接触，造成热量损失。理想的太阳能驱动界面蒸发器不仅要具有较高的蒸发性能，还要具有优良的稳定性、良好的耐盐性和低成本。近年来，共轭聚合物水凝胶因其固有的含水特性和易于定制的内部多孔结构而在研究人员中广受欢迎。通过掺入亲水官能团来调节水与共轭聚合物网络之间的相互作用，实现了SDIE的高蒸发性能。虽然研究人员开发的光热水凝胶达到了高水平的蒸发速率，但部分蒸发器缺乏耐盐性测试。为了实现SDIE的广泛应用，需要一种系统的设计，以平衡太阳能蒸发器的各种性能方面。设计一种具有高效热管理、耐盐和自漂浮能力的蒸发器以实现高效的清洁水生产仍然是一个重大挑战。

在这里，我们设计了一种带有自漂浮能力的双层水凝胶蒸发器。蒸发器由发泡聚苯乙烯板、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、琼脂和导电炭黑制成。蒸发器的结构设计提高了蒸发系统的输水能力，有效减少了热量损失，使蒸发器具有高效的耐盐和热定位性能。该蒸发器在1 kW m-2光照下表现出2.77 kg m-2 h-1和94.25%的出色蒸发速率和蒸发效率。该蒸发器在10周期太阳蒸发实验中表现出良好的稳定性。在1 kW m-2照明下连续蒸发9小时，蒸发器在3.5 wt% NaCl溶液中表现出优异的耐盐性。此外，蒸发器对有机废水对硝基苯酚和亚甲蓝的净化率分别达到99.8%和100%。上述证明该蒸发器具有稳定高效的太阳能净水能力，也证明了界面太阳能蒸汽产生比传统策略在热力学和动力学方面的优势，为大规模太阳能海水淡化和净水提供了新途径。