本期分享发表在Separation and Purification Technology杂志上题目为“All-in-one MXene/PDA@MF-EF solar steam generator with semi-clad construction for efficient interfacial evaporation, water purification and desalination”的研究文章。
Part 1 文章简介
界面太阳能驱动的水蒸发技术被认为是目前缓解淡水资源短缺的一种经济有效的策略。然而，热和水管理的协调调节仍然是蒸发系统设计中的一项重大挑战。从实际应用的角度来看，开发一种经济、可扩展且简单的高光热转换能力和超亲水蒸发器制备工艺至关重要。在这里，通过在三聚氰胺泡沫（MF）内嵌入EPE泡沫作为基层（称为MF-EF）并在MF-EF表面涂覆MXene/PDA作为吸光层（称为MXene/PDA@MF-EF），设计了一种具有多孔半包覆结构的新型一体式MXene/PDA@MF-EF太阳能蒸发器。设计的MXene/PDA@MF-EF蒸发器具有优异的光热转换能力和水传输通道。 MXene/PDA@MF-EF蒸发器在1kWm−2辐照下蒸发速率可达1.5576kgm−2h−1，光热转换效率达92.63%，同时在连续处理海水和不同浓度的NaCl溶液时表现出良好的长期稳定性和抗盐性。在实际应用方面，设计了室外蒸发装置，在9h日照下最大淡水产量高达7.170kgm−2。因此，MXene/PDA@MF-EF蒸发器通过热管理和水管理的协调作用实现了洁净水的生产，为各种水环境中的太阳能水蒸发提供了一种可行、稳定的替代方案，并为实现太阳能驱动的界面蒸发海水淡化技术以实现沿海和近海岛屿的淡水获取提供了一种解决方案。
方案一是MXene/PDA和MXene/PDA@MF-EF蒸发器的制备。
图1是(a) Ti3AlC2 的 SEM 图像，(b-c) MXene 的 SEM 图像。 (d-e) MCene/PDA 的 SEM。 (f) MXene/PDA 的 TEM 图像。 (g-k) MXene/PDA 的 EDS 图。
图2是(a-c) MF、MF-EF、MXene/PDA@MF-EF 的 SEM。(d) MXene/PDA@MF-EF 的 EDS 映射。(f-i) MF 和 MXene/PDA@MF-EF 的电阻。
图3是(a) MF-EF、MXene/PDA 和 MXene/PDA@MF-EF 的 XRD 图案。(b) MF-EF 和 MXene/PDA@MF-EF 的 FTIR 光谱。(c) MF-EF 和 MXene/PDA@MF-EF 的 XPS 光谱。(d-f) MXene/PDA@MF-EF 的 C 1s、O 1s 和 N 1s 光谱。
图4是(a) 将白纸压在 MXene/PDA@MF-EF 表面，比较前后图像。(b) MXene/PDA@MF-EF 的接触角。(c) MXene/PDA@MF-EF 的水转移速率。(d) MXene/PDA@MF-EF 吸水前后的重量变化。(e) MXene/PDA@MF-EF 在湿态下的热导率。(f) MXene/PDA@MF-EF 的 TGA。(g) MXene/PDA@MF-EF 的水银压水计测试。
图5是(a) 太阳能海水淡化测试装置示意图。(b) MF-EF 和 MXene/PDA@MF-EF 的 UV-vis-NIR 光谱。(c-d) 1kWm-2 照度下水质量随时间的变化、蒸发速率和效率。(e) 比较一次太阳辐射下不同蒸发系统的蒸发速率和效率。(f) 在 1kWm-2 光照下在去离子水中对 MXene/PDA@MF-EF 进行 10 次循环测试（插图分别显示第 1、5 和 10 次循环的质量变化）。
图6是(a) 红外热成像图片显示不同辐照度下MXene/PDA@MF-EF表面温度随时间的变化。(b) 不同辐照度下MXene/PDA@MF-EF表面温度随时间的变化。(c-d) 不同辐照度下水质量随时间的变化、蒸发速率和效率。(e) 1kWm-2辐照下MXene/PDA@MF-EF的3D热图（详细数据见支持信息表S3）。(f) 1kWm-2辐照下MXene/PDA@MF-EF温度分布的COMSOL模拟。
图7是(a)MXene/PDA@MF-EF太阳能蒸发器耐盐性示意图。(b)蒸发器表面盐沉积示意图。(c-d)不同浓度海水中蒸发器随时间的质量变化曲线、蒸发速率及蒸发效率。(e)MXene/PDA@MF-EF的质量-时间曲线。(f)MXene/PDA@MF-EF在人工海水中连续蒸发6h的蒸发效率及速率。(g)MXene/PDA@MF-EF在海水中连续蒸发7天后的稳定性测试（图示为材料表面蒸发1天与7天的对比图）。
图8是(a-d) 海水淡化前后电阻值。(e) 海水淡化前后离子浓度。(f) 排斥率。(g) pH试纸在酸性/碱性水中蒸发前后的照片。(h-j) 净化前后染料分子紫外吸收峰和颜色变化的图片。
图9是(a) 使用聚甲基丙烯酸甲酯自制的室外蒸发装置。(b) 照片显示室外装置在自然阳光下照射 60 分钟。(c-f) 照片展示了在 0 到 60 分钟的自然阳光照射下装置表面液滴形成的过程。(g) 9:00 到 18:00 的室外光强度和环境温湿度曲线实验。(h) 显示在自然光下不同时间段收集的水样质量变化的图表。(i) 连续 5 天的产水量。(j) 用海水和纯净水培育睡莲 15 天的对比图。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.131344
引用：Mu, xiaotong, et al. "All-in-one MXene/PDA@MF-EF solar steam generator with semi-clad construction for efficient interfacial evaporation, water purification and desalination." Separation and Purification Technology (2024): 131344.
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