四川
【研究背景】
作为一种高效、低成本的海水淡化技术，太阳能界面蒸汽生成在精确管理界面光热行为方面仍然具有挑战性。该文开发了一种由碳纳米管纤维和经炭黑浆料处理的棉纱捻合而成的整体太阳能加热纱线，用于构建高效织物蒸发器，其中改性的CNT和棉花分别用作太阳能加热单元和供水单元。混合纱线独特的结构特点是，在干燥状态下，CNT和棉花区域之间存在5°C的明显梯度光热差，同时能够实现强劲的Marangoni蒸汽流和较弱的水合状态。因此，特制的织物蒸发器具有2.83 kg m−2 h−1的优异蒸发率，这是2D织物蒸发器中报道的最高值。这项工作介绍了一种高效界面太阳能加热的创新策略，显著提高了柔性便携式蒸发器的蒸发性能。
目前，该文以“Twisted integration of high-efficiency photothermal/water-transported yarns for boosting solar-powered fabric evaporator”为题在《Chemical Engineering Journal》（JCR: Q1, Top, IF2023=13.3）上发表。文章通讯作者为中科院苏州纳米所的张永毅研究员和中国科学技术大学李清文教授。
【文章解读】
图1. 扭曲光热CNT/棉纱蒸发器的原理图
图2. 微观结构及水传输性能
图3. 织物基蒸发器的光热转化性能
图4. 界面蒸发性能测试
图5. 流场分布和相对湿度的数值模拟以及拉曼光谱表征
图6. 实际户外测试以及净水性能
【文章总结】
该文提出一种通过光热单元和水传输通道的扭曲而集成的局部太阳能加热纱线来构建织物蒸发器，其中CNT纤维和炭黑浆料改性的棉纱分别用作太阳能加热单元和供水单元。所得的混合纱线具有可观察到的周期性梯度光热效应，在干燥状态下，CNT和棉花区域之间的温差为5°C。数值分析揭示了混合纱线蒸发界面周围由梯度光热效应引起的强烈Marangoni蒸汽流，增强了蒸汽向湿度较低区域的转移。由CNT纤维引起的水分子簇的减少削弱了棉纱中所需的水蒸发能。精心制作的优化织物蒸发器显示出2.83 kg m−2 h−1的显著SVG性能，这是基于2D织物的蒸发器中的最高值，并且在高盐溶液中稳定脱盐。此外，混合织物在废水处理和海水净化方面也表现出优异的性能，在晴天的室外脱盐中，单日淡水产量达到惊人的12.7 kg m−2，可见纺织品用于光热界面蒸发领域大有可为！
【文献来源】
Liming Zhao, Liwen Zhang, Zhengpeng Yang, et al, Twisted integration of high-efficiency photothermal/water-transported yarns for boosting solar-powered fabric evaporator, Chem. Eng. J., 490, 2024, 151605.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151605.
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