文献分享219：制造简便的自浮式木质素基碳 Janus 蒸发器，用于高效稳定的太阳能海水淡化

本期分享中国天津科技大学司传领教授课题组发表在Advanced Composites and Hybrid Materials杂志上题目为“Fabrication of a facile self-floating lignin-based carbon Janus evaporators for efficient and stable solar desalination ”的研究文章。

Part 1 文章简介

利用太阳能驱动的光热蒸发器进行海水淡化对于解决人类目前的淡水短缺问题极具吸引力，因此非常需要一种可扩展且高效的界面太阳能蒸发器。在这项工作中，采用氢氧化钾（KOH）-活性木质素基碳（KLC）和商业三聚氰胺泡沫（MF）制造了一种具有优异蒸发性能和能量转换性能的简便低成本Janus蒸发器。具有丰富且多个微米级/纳米级孔隙的KLC在全太阳光谱（200-2500 nm）内表现出高光吸收率（90％）和优异的光热转换能力（高达60.4℃）。随后，将KLC简单地涂覆在MF的上表面，得到自浮式Janus KLC/MF蒸发器。MF的亲水性和多孔结构保证了蒸发界面有充足的水分供应，有利于水蒸气的有效扩散。太阳能蒸汽发生测试表明，Janus KLC/MF在模拟阳光下的水蒸发率为1.539 kg m−2 h−1，光热转换效率高达95.88%，高于之前报道的三聚氰胺框架蒸发器 。此外，该蒸发器具有优异的回收能力，并表现出稳定的水蒸发速率，在实际海水淡化中表现出良好的耐久性。总体而言，这项工作证明了使用低成本木质素作为原料制备太阳能驱动界面蒸发系统的巨大潜力，该系统集成了清洁水生产的多种功能，从而为木质素基功能材料的应用提供了可行的策略。

Part 2 主要图表

图1是a KLC/MF制备过程示意图；MF (b)、KLC/MF 上表面 (c) 以及 KLC/MF 中亲水相和疏水相连接的 SEM 图像 (d)。e MF 和 KLC/MF 在水中的状态。f 太阳能蒸发用KLC/MF蒸发器示意图

图2是a MF 和 b KLC/MF 在相同重量下的变形程度。c MF和KLC/MF的亲水性测试。d KLC/MF的自浮特性

图3是a N2吸附-解吸等温线；b比表面积；c孔径分布曲线；d 总孔体积和平均孔径；LC、CB 和 KLC 的 e。数据表示为平均值 ± 标准差 (n = 3)

图4是a LC和KLC/MF的XRD图谱。b LC和KLC/MF的拉曼图样；MF (c) 和 KLC/MF (d) 的水接触角 (WCA) 图像

图5是a LC/MF 和 KLC/MF 材料的紫外-可见-近红外吸收光谱。b 不同照射时间下LC/MF和KLC/MF的表面温度。数据表示为平均值 ± 标准差 (n = 3)

图6是一种太阳强度下 LC/MF 和 KLC/MF 的红外热分析图

图7是LC/MF 和 KLC/MF 在太阳照射下纯水的质量变化 (a) 和蒸发速率 (b)。c 12个循环测试的KLC/MF蒸发通量。d 蒸发稳定性试验7天；亚甲基蓝 (e) 和甲基橙 (f) 溶液蒸发前后的紫外-可见光谱和物理图。数据表示为平均值 ± 标准差 (n = 3)

图8是a 不同浓度的NaCl溶液中KLC/MF在太阳照射下的蒸发率。b 太阳能海水淡化前后海水中四种主要离子的浓度。c 不同pH值(pH = 1.0~14.0)水中KLC/MF在太阳照射下的蒸发率。d 表面有4g固体盐的KLC/MF的耐盐性。e 纯化前后强酸/碱性水溶液的 pH 试纸图像。f 海水淡化前后的电阻。数据表示为平均值 ± 标准差 (n = 3)

图9是使用不同水样的甘蓝种子发芽图片

Part 3 研究团队

司传领 教授

司传领 ，天津科技大学教授/博士生导师、科技处副处长

研究方向：制浆造纸、林产化工、天然产物化学、生物质综合利用

主要兼职：

《The Innovation》、《ChemSusChem》、《Progress in Natural Science: Materials International》、《Mini-Reviews in Organic Chemistry》、《Current Medicinal Chemistry》、《Resources Chemicals and Materials》、《中国造纸》、《中国造纸学报》、《林业工程学报》、《生物质化学工程》等学术期刊副主编或编委。

全国青联委员、全国青科协委员、天津市青联委员；滨海新区政协常委、港澳台侨和外事委员会副主任；致公党天津科技大学主委、天津市委会科技教育委员会副主任。

获奖情况：

国家“万人计划”科技创新领军人才、教育部新世纪优秀人才、天津市有突出贡献专家、天津市特聘教授、天津市中青年科技创新领军人才、天津市“131”创新人才培养工程第一层次、天津市学科领军人才等。

入选科睿唯安“全球高被引科学家”榜单、美国斯坦福大学”全球前2%顶尖科学家“终身科学影响力和年度科学影响力榜单、Bentham Ambassador等。

获中国商业联合会科技进步奖3项、中国产学研合作促进会创新成果奖2项、中国轻工业联合会科技进步奖1项、国家林草局梁希林业科技进步奖1项。获教育部霍英东教育基金会青年教师奖、英国化学工程师协会碳捕集科学与技术杰出成就奖、韩国BESTKNU奖励等。

获中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛国家级优秀指导教师、“挑战杯”大学生科技作品竞赛天津市级优秀指导教师、山东省大学生纸与造纸科技创新创意大赛优秀指导教师、大学生创新创业训练计划国家级项目指导教师等荣誉称号。

课题组网站：https://qgxy.tust.edu.cn/szdw/jsyjy/3eff203e61c34aa5b190725a85ba2a77.htm

原文链接： https://doi.org/10.1007/s42114-024-00849-y

引用：Li, Wei, et al. "Fabrication of a facile self-floating lignin-based carbon Janus evaporators for efficient and stable solar desalination." Advanced Composites and Hybrid Materials 7.2 (2024): 52.

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