文献分享316：分级多孔结构抗盐碳基气凝胶用于高效太阳能驱动界面蒸汽生成

本期分享中国人民解放军海军工程大学杨自春教授课题组发表在Chemical Engineering Journal杂志上题目为“Hierarchical porous structure salt-resistance carbon-based aerogel for efficient solar-driven interfacial steam generation”的研究文章。

Part 1 文章简介

太阳能驱动界面蒸发（SIE）在海水淡化领域有着巨大的应用前景。然而，长期在海洋环境中运行造成的盐分积累严重影响SIE材料的蒸发速率和效率。尽管之前已经开发了各种结构化的SIE材料，但在防止盐结晶的同时实现高效蒸发仍然存在关键挑战。在此，通过一种简便的合成策略设计和制备了一种独特的Janus分级多孔结构碳-石墨烯复合气凝胶（CFGOA），用于高效、耐盐的SIE海水淡化。CFGOA在其全碳框架内具有双区结构和独立的表面润湿性，集成了疏水性顶部吸光rGO层和亲水性底部多孔碳层。通过调节CFGOA的分级多孔结构来优化密度、耐盐性能和等效蒸发焓。在 1 个太阳光照下，CFGOA 在实际海水（约 3.64 wt%）中表现出 3.42 kg·m−2·h−1 的出色蒸发速率，且不会出现盐结晶。此外，即使在高盐度水（高达 20.2 wt%）下，CFGOA 也能实现无盐结晶蒸发。CFGOA 结合了高效的光热转换、顺畅的供水通道、有效的隔热和抗盐效果。这项工作有望为海水淡化 SIE 材料的开发提供一种引人入胜的策略。

Part 2 主要图表

图1是CFGOA的制备工艺、反应原理及宏观形貌。(a)CFGOA制备工艺流程图。(b)壳聚糖-GO化学还原法示意图。(c)壳聚糖-糠醛美拉德反应示意图。(d)CFGOA的光学照片。

图2是CFGOA 的微观结构。CFGOA/1.2 至 CFGOA/0.4 样品的 (a–e) rGO 层、(f–j) 定向多孔结构和 (k–o) 定向多孔层侧壁的 SEM 图像。

图3是CFGOA的物理性质。（a）样品的干燥收缩、碳化收缩和碳化质量减少率。（b）样品的密度统计数据。（c）样品的热导率。（d）CFGOA样品的rGO层的接触角的光学照片。

图4是CFGOA的蒸发性能。（a）CFGOA样品的暗蒸发速率和等效蒸发焓。在1个太阳光照下，（b）CFGOA样品的蒸发质量，（c）蒸发速率和效率。（d）CFGOA/0.4在蒸发过程中的温度场分布。

图5是(a) 纯水、(b) CFGOA/1.2、(c) CFGOA/1、(d) CFGOA/0.8、(e) CFGOA/0.6 和 (f) CFGOA/0.4 的 O-H 键振动峰的拉曼光谱。

图6是弱光条件下样品的蒸发性能和温度响应曲线。（a）0.5 个太阳下样品的蒸发速率和效率。0.5 个太阳下蒸发实验过程中样品的温度-时间曲线和热成像照片，（b）CFGOA/1.2，（c）CFGOA/1，（d）CFGOA/0.8，（e）CFGOA/0.6，（f）CFGOA/0.4。

图7是CFGOA高效抗盐机理及传统SIE作用机理.

图8是CFGOA的抗盐性能和海水淡化性能。（a）CF和CFGOA/1.2-CFGOA/0.4样品的抗盐性能。在1个太阳光照下，（b）CFGOA/1.2-CFGOA/0.4在南海海水中的蒸发速率和效率。（c）CFGOA（南海海水∼3.64 wt%）与其他Janus碳基SIE材料（KLC/MF（∼3.5 wt%模拟海水）[37]、GZC/GC（∼3.5 wt%模拟海水）SPS:refid::bib35[35]、CNT@PBAT（∼3.5 wt%模拟海水）[38]、PRGO@GO（∼0.8 wt%波罗的海海水）[27]、PGA（3 ∼ 3.5 wt%鳌山湾海水）[39]、Janus CNTs（∼3.2 wt%黄海水）[40]、CGH（∼3.5 wt%模拟海水）[13]）的蒸发性能比较。（d）自制海水淡化装置示意图和（e）光学照片。（f）南海海水和收集的纯净水。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.153694

引用：Gan, Zhicong, et al. "Hierarchical porous structure salt-resistance carbon-based aerogel for efficient solar-driven interfacial steam generation." Chemical Engineering Journal (2024): 153694.

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