文献分享248：定量调控磺化玉米芯的水态以增强太阳能界面蒸发和抗盐性

本期分享中国东莞理工学院高峰副教授课题组发表在Carbon杂志上题目为“Quantitative tailoring of water state of sulfonated corncob for boosting solar interfacial evaporation and salt resistance”的研究文章。

Part 1 文章简介

以往关于碳基太阳能界面蒸发（SIE）的研究主要集中在提高太阳能吸收上，忽略了水状态对SIE性能的影响。本研究提出了一种简单的策略，以玉米芯为碳源，以浓硫酸（H2SO4）为磺化剂，将碳化和磺化相结合，获得磺化碳化玉米芯（SCC）样品。SCC 样品中中间水与游离水 (IW/FW) 的比例在 0.53-0.96 范围内，这取决于 SCC 上接枝的亲水磺酸基团的量。研究发现，对于高 IW/FW 比，SCC 中亲水磺酸基团的数量和多孔结构应该是最佳的。优化后的样品名为SCC-2-4.5，具有0.96的高IW/FW比和与碳化玉米芯相似的表面积，表现出1800 J g−1的低水蒸发焓，蒸发速率为3.16 kg m−2 h−1，蒸发效率为159%。同时，SCC-2-4.5凭借其带负电的磺酸基团产生的静电斥力实现了Na+和Cl−的有效分离。这项研究提供了一种在分子水平上调节碳基SIE装置水状态的有效技术。

Part 2 主要图表

图1是用于太阳能驱动海水淡化的 SCC-Y-X 的制造示意图。

图2是CC 和 SCC-2- 的 (a) SEM 图像，(b) 氮气吸附/解吸等温线和孔径分布，(c) FTIR 光谱，(d) XPS 测量光谱 (e) C 1s 和 (f) S 2p 4.5.

图4是CC 和 SCC-Y-X 的 (a) Zeta 电位，(b) 酸密度，(c) 含水量和水转移速率，(d) IW/FW 比和 (e) 蒸发速率。(f) CC 和 SCC-2-4.5 在 30–140 °C 温度范围内内部水的蒸发焓。基于(g) CC 和(h) SCC-2-4.5 的太阳能蒸汽发电示意图。

图5是(a) CC 和 SCC-2-4.5 在 1、4 和 7 cm 高度处的蒸发率。7 cm 的 CC 和 SCC-2-4.5 的 (b) 顶部和 (c) 侧面纯水质量随时间的变化。(d)水蒸发装置示意图。在纯水蒸发过程中，(e) 顶部和 (f) 侧表面的温度随时间变化。

图6是(a) CC 和 (b) SCC-2-4.5 在 3.5 或 20 wt% NaCl 溶液中太阳能脱盐 1 或 8 小时的耐盐性。

图7是(a) CC、SCC-2-4.5 在 3.5 或 20 wt% NaCl 溶液中的蒸发速率。(b) CC 和 (c) SCC-2-4.5 在 12 小时的太阳光照和黑暗交替照射下的水蒸发。(d) SCC-2-4.5与之前报告的蒸发效率和蒸发速率的比较。

图8是(a) 盐水淡化前后测量的 Na+、Mg2+、K+ 和 Ca2+ 离子浓度（虚线表示世界卫生组织饮用水标准）。(b) 模拟盐水淡化前后 Cu2+、Fe2+、Ni2+ 和 Pb2+ 离子的浓度。（c）亚甲基蓝污染水和使用 SCC-2-4.5 太阳能海水淡化纯化水的紫外-可见-近红外光谱和数码照片。(d) 太阳能海水淡化装置示意图。(e) 上午 9 点至下午 6 点室外 SCC-2-4.5 装置的蒸发率和太阳强度 (f) 使用电导率仪评估 CC 和 SCC-2-4.5 淡化水的纯度。

Part 3 研究团队

高峰 副教授

高峰，硕士生导师，东莞理工学院生态环境与建筑工程学院副教授。主持省科技厅和教育厅项目各1项，省级教学质量工程1项，横向项目4项，合同经费120万元。近年来围绕“低碳、环保、电化学储能”，开展水蒸发发电、固废资源化利用、VOCs处理、锂离子电池、钠离子电池的研究。近5年来，以第一或通讯作者在国际著名刊物如Nano energy，， Electrochimica Acta，新型炭材料等国内外著名期刊上发表SCI论文20余篇，获批专利5项。2016年（第一作者）发表的1篇论文入选InCites数据库中引用前1%，2014年（通讯作者）和2015（第一作者）年发表的2篇论文入选InCites数据库中引用前3%。

课题组网站：https://hshx.dgut.edu.cn/info/1118/1928.htm

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119087

引用：Zhong, Weijun, et al. "Quantitative tailoring of water state of sulfonated corncob for boosting solar interfacial evaporation and salt resistance." Carbon (2024): 119087.

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