文献分享278：通过废旧棉织物升级改造的双层纤维素界面蒸发器，用于高效太阳能海水淡化

本期分享中国东华大学王碧佳副教授课题组发表在Separation and Purification Technology杂志上题目为“Double-layered cellulosic interfacial evaporator via upcycling of waste cotton fabrics for efficient solar desalination”的研究文章。

Part 1 文章简介

由于其多孔结构不太复杂，构建源自生物质或废物流材料（例如纤维素）的高效太阳能驱动界面蒸发器（SDIE）仍然具有挑战性。在此，本文证明废棉织物可以溶解并再生为具有可调通道的气凝胶，适合构建双层 SDIE。该蒸发器由聚吡咯涂层顶层和亲水底层组成，顶层具有较大孔隙的垂直通道，亲水底层具有较小的孔隙。通过这样的设计，顶层的光热和促蒸发能力与底层的强毛细管效应相结合，以驱动有效的蒸发。理想的蒸发速率为 3.20 kg m−2h−1，在 1 个太阳照射下，太阳-蒸汽转化效率为 80.0%，蒸发焓为 962 J g−1。SDIE在海水淡化长期运行过程中也表现出较高的净化效率（超过99%），在处理高盐度印染废水中显示出巨大的潜力。总之，这项工作展示了一个将废旧棉织物升级改造用于海水淡化的案例。

Part 2 主要图表

图1是DLRCA 制备示意图。

图2是a) RCA-LN 和 e) PPy@RCA 的数码照片；b) RCA-LN、c) RCA、f) PPy@RCA 和 h) DLRCA 的垂直截面 SEM 图像。插入的图像显示更高的放大倍数；d) RCA 和 g) PPy@RCA 的横截面 SEM 图像；i) MIP给出的PPy@RCA孔径分布曲线；j) RCA和PPy@RCA的FT-IR光谱；k) RCA 和 l) PPy@RCA 的 EDS 谱。

图3是a) 样品的 WCA 和 b) 带和不带 SFA 的 DLRCA 蒸发器系统的数码照片；c) RCA和RCA-LN在60%应变下的压缩应力-应变曲线；d）PPy@RCA和DLRCA在60%应变下的压缩应力-应变曲线；e) 数码照片显示 RCA-LN 在水中快速形状恢复。

图4是a) DLRCA蒸发器各部件在干或湿状态下的导热系数；b) 样品在300 nm~2500 nm波长范围内的吸收光谱；c) 光在光滑和粗糙壁通道中多次散射和吸收的示意图；d) 水蒸发性能测试装置的设置示意图；e) 干燥状态下1个太阳光照下RCA的最高表面温度；f) 样品表面温度随时间的变化和 g) 蒸发测试期间气凝胶样品在 1 个太阳光照下的红外图像；h) DLRCA蒸发器在工作中的传热和耗散的拟议机制。

图5是a）盐水浸泡的气凝胶在1个太阳光照（1 kW·m−2）下的质量变化；b) RCA 和纯水的水蒸发率和太阳能转化为蒸汽的效率；c) DLRCA蒸发器与文献报道的纤维素蒸发器的性能比较; d) DLRCA蒸发器在0.5至2个太阳光照下的质量变化和e)蒸发率；f) 东海海水在1个太阳照射下连续太阳蒸发(12 h)时DLRCA蒸发器的蒸发率；g) DLRCA蒸发器在1个太阳照射下的太阳能驱动海水淡化循环能力；h) 室外太阳能淡水收集装置示意图；i) DLRCA蒸发器在室外（中国上海，2023年10月24日）10:00至16:00同步太阳强度、湿度、温度和水蒸发率实验。

图6是a) DLRCA蒸发器连续蒸发12 h期间的数字图像；b) 低弯曲度多孔结构和高弯曲度多孔结构中盐扩散路径示意图；c) DLRCA 蒸发器在环境条件下自脱盐过程的数码照片；将1.0g NaCl置于浸有10ml东海海水溶液的蒸发器表面；d) 海水淡化前后海水样品中四种主要离子（Na+、K+、Ca2+、Mg2+）的浓度；MO和MB溶液在太阳能驱动纯化e)和f)吸附前后的紫外吸收光谱；g) MO和MB溶液的净化和吸附效率。

Part 3 研究团队

王碧佳 副教授

王碧佳，东华大学化学与化工学院副教授。2002年于南京工业大学高分子系获学士学位，2010年毕业于美国内布拉斯加大学有机化学专业，获博士学位。2010年6月至2011年4月在美国内布拉斯加大学任职博士后。2012年2月，加入东华大学化学与化工学院纺织化学与工程系。主持及参与国家自然科学基金、国际重点研发项目、工程院重点咨询项目、产学研基金以及校级基金等10余项。在Angew. Chem.,ACS Sustain. Chem. Eng., Chem. Eng. J., Carbohyd. Polymer.,Cellulose等SCI期刊发表研究论文100余篇，并积极与相关企业合作实现了部分成果的产业化和市场化。兼任国际标准化组织(ISO)天然纤维素纤维工作组(TC38SC23WG2)秘书。

研究方向

1.天然高分子功能化及其应用：基于新型绿色纤维素溶剂磷酸，开展多来源纤维素（棉、木浆、竹浆、细菌纤维素等）、甲壳素、丝素等天然高分子材料的溶解再生、均相衍生化和复合材料制备研究，实现高性能再生纤维/膜/凝胶/多孔材料及其功能性复合物的制备；开发可用于原液着色和涂层整理的纤维素基大分子着色剂；利用再生天然高分子微纳凝胶的乳化性，以皮克林模板法制备纤维素基导热相变材料、光热相变储能材料等功能性复合材料。

2.生态染整技术:针对国家双碳目标，研究典型印染企业水资源消耗特征及废水废水污染物组成及来源，开发无水/少水染色、高关注化学品替代、生物基印染助剂开发、多层级水资源高效利用等技术，构建印染废水近零排放低碳技术体系。

课题组网站：https://cceb.dhu.edu.cn/2019/0822/c17218a220085/page.htm

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.127817

引用：Zhou, Zhaohan, et al. "Double-layered cellulosic interfacial evaporator via upcycling of waste cotton fabrics for efficient solar desalination." Separation and Purification Technology (2024): 127817.

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