CEJ | 文献前沿 | 用于高盐度太阳能海水淡化的超耐盐3D微晶格结构水凝胶蒸发器

【研究背景】

利用太阳能从海水中生产淡水是目前研究的热点。尽管如此，在蒸发过程中，盐在蒸发器表面的积聚严重阻碍了水蒸发的速度和效率。因此，迫切需要巧妙地设计蒸发器结构，以减轻盐沉淀，这是设备工程中的一个关键挑战。本研究提出了一种开创性的3D微晶格结构水凝胶蒸发器，该蒸发器利用最先进的3D打印技术精心制作，专为高盐水的太阳能脱盐而量身定制。其分层多孔结构增强了水的输送和光吸收能力，同时使盐离子能够迅速从蒸发表面重新定位，从而阻止盐的积聚。值得注意的是，水凝胶在高浓度盐水环境中保持了其结构的坚固性，并在空气-水界面促进了熟练的热量集中，即使在20 wt%NaCl溶液的严格条件下，淡水输出率也超过了3.5 kg m−2 h−1，在多个操作循环中表现出无与伦比的性能和耐用性。这项研究为可持续和高效的太阳能海水淡化系统铺平了道路，展示了水凝胶中微晶格结构在具有挑战性的环境中提高盐截留率和水回收率的潜力。

目前，该文以“3D micro-lattice structural hydrogel evaporator with super salt resistance for solar desalination of high-salinity”为题在《Chemical Engineering Journal 》 上发表。文章通讯作者为北京工业大学环境科学与工程学院孙再成教授。

【文章解读】

图1. MLSEDs的原理。

图2. 材料的制备流程和微观形貌表征。

图3. 材料的光热转化性能。

图4. 耐盐性能测定。

图5. 不同通道结构中离子传输能力的比较。

图6. 界面蒸发器的水处理性能分析。

图7. 实际户外测试实验

【文章总结】

该文开发了一种使用3D打印技术快速精确制造的具有分级孔隙率的微晶格结构太阳能蒸发装置。微晶格结构的多向互连大孔结构使积聚的盐离子能够迅速迁移回水体，即使在蒸发高度升高的条件下也能确保稳定的无盐蒸发。MLSED在20 wt%的高浓度盐水中可以稳定地获得3.5 kg m−2 h−1的高淡水产量，这主要是由于其三维结构的高蒸发表面积和微晶格结构的大孔特性。这项工作为SED在水、能源和环境综合领域的快速制备和高性能应用奠定了基础，标志着该领域向前迈出了重要一步。

【文献来源】

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158019