本期分享发表在Desalination杂志上题目为“Enhanced solar-driven interfacial evaporation using composite hydrogel and nano filter films for sustainable water transport and salt resistance”的研究文章。
Part 1 文章简介
淡水短缺对人类的可持续发展构成了重大挑战。海水淡化被认为是提供充足淡水供应的有前途的技术之一。太阳能驱动的界面蒸发可以通过将热量局限在界面来提高海水淡化的能源效率。然而，由于水分传输和积累不足，大多数太阳能驱动的界面蒸发器都难以实现长期稳定性。在此，通过将聚氨酯水凝胶与亲水性纳米过滤膜结合开发了一种复合界面蒸发器。由于具有最佳的孔隙率和杂质过滤能力，复合蒸发器与单独的聚氨酯水凝胶或聚氨酯海绵相比表现出优异的长期蒸发性能，它们可以共同实现 3.2kg/(m2·h) 的稳定蒸发速率。在连续十天的运行中，结构完整性和蒸发速率保持良好。令人惊讶的是，建模结果表明，开发的复合蒸发器有潜力生产足够的淡水来缓解人口稠密地区的水资源短缺问题。总体而言，这项工作展示了一种有效且可持续的淡水供应战略，其特点是改善水运输和增强抗盐性，凸显了其在欠发达和缺水地区的应用潜力。
图1是基于复合膜的太阳能驱动界面蒸发器示意图。纳米过滤膜（a）、太阳能驱动界面蒸发器（b）、本文开发的复合蒸发器（c）以及界面蒸发器与复合蒸发器的快速水输送和盐溶解（d）示意图。
图2是复合蒸发器的基本特性。(a)纳米滤膜、聚氨酯海绵和聚氨酯水凝胶的扫描电子显微镜 (SEM)。(b)聚氨酯和聚氨酯水凝胶的吸光度。(c)不同体积分数下聚氨酯水凝胶的焓。(d)纳米滤膜、聚氨酯海绵和聚氨酯水凝胶的水接触角。(e)纳米滤膜、聚氨酯和聚氨酯水凝胶的傅里叶变换红外光谱 (FT-IR)。(f)聚氨酯水凝胶的拉曼光谱。(g)纳米滤膜、聚氨酯水凝胶和复合膜的热系数。
图3是复合蒸发器的蒸发性能。（a）室外蒸发平台示意图。（b）室外蒸发实验中聚氨酯海绵、聚氨酯水凝胶和复合蒸发器的温度。（c）室外蒸发实验中聚氨酯海绵、聚氨酯水凝胶和复合膜的每小时水蒸发速率。（d）室外蒸发实验中聚氨酯海绵、聚氨酯水凝胶和复合蒸发器的红外图像。（e）聚氨酯海绵、聚氨酯水凝胶和复合膜的模拟结果。
图4是复合蒸发器的快速水传输性能。（a）聚氨酯海绵、聚氨酯水凝胶和复合蒸发器的红外图像。（b）聚氨酯海绵、聚氨酯水凝胶和复合蒸发器在十小时蒸发实验中的蒸发速率。（c）聚氨酯海绵、聚氨酯水凝胶和复合蒸发器的水传输实验。
图5是复合蒸发器的快速抗盐性能。(a)聚氨酯海绵、聚氨酯水凝胶及复合蒸发器的溶盐实验。(b)复合蒸发器连续10天蒸发实验图像。(c)聚氨酯海绵、聚氨酯水凝胶及复合蒸发器在10天蒸发实验中的蒸发速率。
图6是中国复合蒸发器供水潜力评估。（a）黑龙江、北京、上海、广州、昆明3个城市的淡水供应情况。（b）中国各省典型城市复合蒸发器的淡水供应潜力。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.desal.2024.118488
引用：Du, Yahui, et al. "Enhanced solar-driven interfacial evaporation using composite hydrogel and nano filter films for sustainable water transport and salt resistance." Desalination (2024): 118488.
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