膜室在界面光熱轉(zhuǎn)換海水淡化材料領(lǐng)域取得研究進展

    近日，膜室在界面光熱蒸發(fā)促進海水淡化研究領(lǐng)域取得新進展。研究成果以“Janus 3D graphene based evaporator with controllable wettability for highly efficient solar desalination” （具有可控親水性的Janus結(jié)構(gòu)三維石墨烯基蒸發(fā)器材料用于高效太陽能海水淡化）為題于2023年4月19日在線發(fā)表于工程技術(shù)領(lǐng)域知名期刊《Desalination》（影響因子：11.211）上（https://doi.org/10.1016/j.desal.2023.116639).膜室楊揚為該論文的第一作者與通訊作者。

    面向碳達峰、碳中和目標，針對淡水緊缺和能源危機，研究者們對利用“綠色能源—太陽能”和“藍色能源—海洋”可持續(xù)生產(chǎn)淡水給予了極大的關(guān)注，試圖獲得高效的能源轉(zhuǎn)換效率以解決淡水與清潔能源兩大資源問題。

    界面太陽能光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)，憑借其高效的太陽能熱利用，出色的光熱轉(zhuǎn)換率和高產(chǎn)的水蒸發(fā)量而備受關(guān)注。然而，該領(lǐng)域仍存在長期耐鹽穩(wěn)定性差和產(chǎn)水率低的問題，嚴重限制了該技術(shù)的實際應(yīng)用。

    針對上述難題，膜室開發(fā)了紫外-臭氧可控親水化處理手段，構(gòu)筑了上層親水、下層疏水的Janus結(jié)構(gòu)三維石墨烯。材料上層親水層起到了連續(xù)補水的作用，用于水分的蒸發(fā)；底層疏水層可以支撐材料漂浮在水面上，確保有效的光吸收，并有助于減少熱損失。基于上述協(xié)同作用，在1 kW m-2的光照強度下，Janus三維石墨烯蒸發(fā)器的水蒸發(fā)速率穩(wěn)定在1.71 kg m-2 h-1，轉(zhuǎn)換效率高達94.1%，性能較純親水或疏水材料有了明顯的提升。同時在高濃度的模擬海水（10 wt%）中表現(xiàn)出優(yōu)異的耐鹽性能。本研究為高效、耐鹽型界面太陽能光熱轉(zhuǎn)換海水淡化材料的研發(fā)提供了新的思路。

    本研究得到了國家自然科學基金、中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項資金等項目的資助。

圖. （a）Janus結(jié)構(gòu)三維石墨烯材料制備示意圖。（b）材料蒸發(fā)過程示意圖。（c）材料循環(huán)性能。