本期分享中国河北工业大学张盼盼副教授课题组发表在Chemical Engineering Journal杂志上题目为“Large-area, low-cost, highly durable solar evaporators for sustainable solarizing seawater”的研究文章。
Part 1 文章简介
传统的海水太阳能化技术面临着巨大的挑战，包括占地面积大、过程耗时长、能源利用效率低。太阳能驱动的界面水蒸发 (SIWE) 技术为可持续的海水太阳能化提供了一种有前途的方法，有助于在减少时间和土地需求的情况下生产固体盐。然而，紧迫的挑战在于开发低成本、大面积、高抗盐性和适应性强的太阳能蒸发器，从而实现高效、可持续的太阳能海水淡化生产固体盐。因此，提出了一种大面积、经济实惠、高耐用性的三聚氰胺泡沫/还原氧化石墨烯/海藻酸钠 (MGS) 太阳能蒸发器，采用简单的“浸没-交联-还原”方法连续对海水进行太阳能化。其中，亲水性三聚氰胺泡沫作为支撑框架，浸入石墨烯作为光吸收材料，亲水性海藻酸钠聚合物网络用于固定石墨烯片并调节水蒸发焓。这样，MGS 太阳能蒸发器可以在 0.5 m × 0.5 m 的大面积上制备，成本低至 2.91 美元/平方米。优化后的 MGS 太阳能蒸发器在一次太阳照射下实现了 2.30 kg m-2h-1 的高水蒸发率，光热转换效率为 89.2%。在室外环境中，MGS 允许及时通过其大孔进行对流/扩散盐排放，从而允许长时间的海水太阳能化而不会出现明显的固体盐积累。值得注意的是，原始海水可以高度浓缩，直到所有水都蒸发并且固体盐沉淀。这种开发的 MGS 太阳能蒸发器为高效海水太阳能化提供了新颖的视角，既节省时间又节省土地。
Part 2 主要图表
图1是在 SIWE 系统中利用 MGS 快速太阳能化海水的示意图。
图2是(a) MGS 制备过程示意图。(b) 大面积 MGS（0.5 m × 0.5 m）的照片：展开（顶部），卷起的 MGS（底部）。(c) MF 的扫描电子显微照片。(d − f) 不同放大倍数下的 MGS6 SEM 图像。(g) MGS6 的孔径分布曲线。
图3是(a) MF、rGO、SA 和 MGS6 的 FTIR 光谱。(b) MGS6 的 XPS 剖面图。(c) MGS6 的高分辨率 C1s XPS 光谱。(d) 通过 EDS 测定的 MGS6 氧含量。(e) MGS6 的水接触角测试。(f) MGS6 的机械性能测试，在压缩/释放后恢复到其原始状态。MGS6 (g) 在水中的应力-应变曲线，以及 (h) 在 3.5 wt% NaCl 溶液中在不同应变（20% 至 80%）下的应力-应变曲线。
图4是(a) MF 和 MGS 在 250–2500 nm 波长范围内的吸收光谱。(b) 一个太阳下 MGS 的热红外图像。(c) 一个太阳下本体水和 MGS 的表面温度。(d) MGS 中的水状态，包括 BW、IW 和 FW。(e) 纯水和 MGS 中冻结水的熔化行为的 DSC 曲线。(f) MGS6 中水的拉曼光谱。(g) 本体水和 MGS 中水的 DSC 热分析图。(h) 根据 DSC 测量的吸热峰积分面积计算本体水和 MGS 中水蒸发的能量消耗。(i) 一个太阳下本体水和 MGS 的水蒸发速率。
图5是（a）大孔结构MGS6抗盐示意图。（b）在一个太阳光照射下，海水盐度分别为3.5 wt%、10 wt%、15 wt%、20 wt%和25 wt%，MGS6的蒸发速率。（c）在一个太阳光照射下，MGS6对盐度为3.5 wt%的溶液中的海水进行长期日光照射的蒸发速率。（d）MGS6对海水进行连续日光照射直至固体盐从水中分离出的侧面和正面视图，其原始盐度为3.5 wt%。
图6是(a) 2023 年 8 月 16 日，中国天津河北工业大学自然环境中的环境温度和阳光强度记录曲线。(b、c) 分别对应的散装海水和 MGS6 的表面温度和蒸发速率。(d) 2023 年 8 月 18 日，中国天津河北工业大学自然环境中的环境温度和阳光强度记录曲线。(e、f) 分别对应的散装海水和 MGS6 的表面温度和蒸发速率。(g-i) 用于持续对海水进行太阳能处理的带有大面积 MGS6 的装置的示意图和实物图。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s43246-024-00532-1
引用：Zhao, Xinping, et al. "Large-area, low-cost, highly durable solar evaporators for sustainable solarizing seawater." Chemical Engineering Journal (2024): 153079.
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