生物质基碳材料用于海水淡化的研究进展
郭祥坤 许银超* 沙力争 郭大亮
浙江科技大学环境与资源学院
论文主要内容
一般来说，太阳能可以通过光电、光化学和光热过程分别被利用和转换为电能、燃料和热能。其中，光热转换是一种直接转换过程，具有最高的转换效率。借助具备高太阳能吸收性的光热材料，搭配高效的蒸发装置，能够达成优异的光－热－蒸汽转换过程。在此基础上，利用局部加热及限制加热界面下的水蒸气生成策略，作为实现持续产生水蒸气的有效手段。为了能够充分且高效地吸收太阳能并将太阳能转换成热能，光热转换材料应具备以下显著特性：高光吸收能力以及相应的高光热转换效率，同时还需具备较低的生产成本，易于回收处理，并且在制备过程中操作简便，以及最终产品性能稳定等优势。光热转换技术作为获取太阳能资源的主要手段，可广泛运用于环保清洁、水蒸馏／脱盐工艺、挥发性燃料和化学品催化合成等多个行业领域。
目前已经有诸多种类的碳材料被广泛运用到海水淡化领域中，如经过精密处理以及深度碳化，将原材料转化为高质量的碳材料，进而用作海水淡化的原材料。现阶段有一些研究正在进行中，涉及的材料包括木材、莲蓬（如图1(ａ)所示）、玉米芯（如图1(ｂ)所示）、蘑菇（如图1(ｃ)所示）以及竹材（如图1(ｄ)所示）等众多生物质资源。此外，还有一些特定类型的碳材料被研发并应用于海水淡化工艺中，如以纳米纤维素、木质素、壳聚糖等从天然生物质中提取出的材料为主要原料，通过特定的制备方法加工成适合作太阳能吸收剂用的碳气凝胶或光热蒸馏薄膜。
许多科研工作者正在积极探索利用三维碳材料作为高效的太阳能吸收器的可能性。三维化设计既能够增大海水的接触面积，从而提高光热转换效率；又能有效减少盐溶质的沉积，实现更稳定的运行效果。如今，学者们已经成功研发出了多层次的碳材料用于光热转换，其上层结构采用疏水性的薄膜材料，主要用于收集太阳能，同时，为了提升吸光能力，通常会在上层结构中负载各种高吸光物质。而在下层部分，则使用亲水性的三维结构，从而为上层结构持续供应海水。这样的设计还有助于缓解盐溶质沉积的问题。此外，科研人员在下层结构中引入了某些亲水官能团，以进一步提升光热转换过程中的工作效率。
作者简介
第一作者：郭祥坤，在读硕士研究生；研究方向：用于海水淡化的生物质基碳材料。
*通信作者：许银超，讲师；研究方向：纤维基功能材料。
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