东华大学陈志钢、李昊轩团队：蜂窝状双层光热电热织物用于全天候水蒸发

通讯作者：李昊轩研究员、陈志钢教授

通讯单位：东华大学材料学院

https://doi.org/10.1016/j.desal.2025.118579

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太阳能驱动的界面海水蒸发已成为一种有前景的策略，可以连续产生碳足迹最小的清洁蒸汽，但由于自然阳光强度波动和实际应用中大规模生产的高成本，其蒸发性能不稳定。受蜂窝结构的启发，我们报告了双层织物的设计，以实现高效的全天候海水蒸发，并具有令人满意的耐盐性。这种具有蜂窝状空腔的织物是使用碳纳米管-石墨烯复合材料装饰的聚酯纱线编织而成的。与纯水相比，织物的水分蒸发焓从2453.68降低到2141.50 kJ kg−1，这是因为纱线表面含有丰富的亲水官能团。由于光捕获效应，织物在宽范围（280-2500nm）内表现出强烈的光吸收，太阳能吸收效率为96.9%。当悬挂织物模型用于构建日向性蒸发器时，在一次太阳照射下可以获得2.23 kg m−2 h−1的良好蒸发率。特别是在有外部电压（10 V）的黑暗中，织物表现出相当大的电热效应，蒸发率为2.76 kg m−2 h−1。此外，通过耦合一个太阳和外部电压（10 V），蒸发率增加到6.18 kg m−2 h−1。此外，由于超快供水和悬挂蒸发模型，织物显示出良好的稳定性和抗盐积累能力。本研究为低成本制备用于海水淡化大规模应用的全天候蒸发器提供了新的见解。

图文解析

图1. 光电热仿生设计概念示意图PET@CNT-G+受蜂窝结构启发的PAN/C双层织物（DLF）。

图2. DLF的制备和表征。（a） DLF的制备过程。CPY（a-e）的照片和SEM图像，PET@CNT-G织物（f-i）和DLF（j-m）。

图3. DLF的物理性质。（a） 应力-应变曲线PET@CNT-G织物。（b） CPY和CPY的伏安曲线PET@CNT-G织物。（c） CPY和PET@CNT-G在3V下为LED供电的电路中的织物。（d）PET@CNT-G织物和DLF。（e） 润湿过程PET@CNT-G织物和DLF的水接触角。（f） 织物在0-60分钟内的水分转移质量（g）深色蒸发试验和纯水、水在织物上的焓的示意图(PET@CNT-G织物和DLF）。（h） 显示水蒸发焓降低的示意图。

图4. 光热和电热转换。（a） DLF的紫外-可见-近红外吸收光谱，PET@CNT-G织物、CPY和PAN/C垫。（b）普通平纹和蜂窝状结构的光线追踪模拟结果。（c） 不同结构的极性等坎德拉图光谱图。（d） 干燥织物在1个太阳辐射（1 kW m−2）下的温度变化和相应的红外图像以及红外加热记录装置的示意图。（e） 不同太阳辐射下DLF的温度变化和相应的红外图像。（f） 不同太阳辐射下DLF的质量变化。（g） 10V直流输入下干织物的温度变化和红外加热记录装置的示意图。（h） 温度变化和变化直流输入下DLF的相应红外图像。（i） 直流输入变化下DLF的质量变化。

图5. 光电热蒸发性能（a）在不同直流输入和1次太阳辐射下DLF的温度变化和相应的红外图像。（b） 不同直流输入和1次太阳辐射下DLF的蒸发质量变化。（c） 在不同的太阳辐射和直流输入下，湿DLF的温度在5分钟内保持稳定。（d） 说明织物表面盐结晶和溶解过程的方案。（e） 10小时蒸发过程中DLF的照片。（f） DLF在10小时内的蒸发率以及DLF在长期蒸发（10小时）前后的SEM图像。（g） 在1次太阳辐射下从3.5重量%NaCl溶液中收集的水团。（h） 在1次太阳辐射（上午8:00至下午18:00）和10 V DC输入（下午18:00至次日8:00）下从3.5 wt%NaCl溶液中收集水。（i） 海水淡化前后黄海样品中五种主要离子的浓度。

总结与展望

这项工作提出了一种全天候蜂窝双层织物（DLF），由自制导电聚酯纱线利用既定的针织加工技术制成。该设计结合了板状纱线和针织技术，共同促进了蜂窝结构的形成，有效地增强了对阳光的吸收。这种配置显著提高了在不同阳光条件下的蒸发性能。此外，光热转换和焦耳加热的效果使DLF能够在包括完全黑暗在内的各种环境条件下保持其蒸发性能。在1个太阳的照射和施加10 V的输入电压下，DLF显示出6.18 kg m−2 h−1的显著蒸发率，即使在模拟海水的黑暗条件下也能达到2.76 kg m−2 h−1。此外，DLF在光电热条件下长时间蒸发3.5重量%NaCl溶液期间表现出优异的抗盐积聚能力，没有观察到可见的盐沉积。这项工作不仅为用低成本原材料构建全天候SIE系统提供了一种有效的工业方法，而且进一步验证了悬挂模型在光热转换和焦耳加热效应实现的有效界面蒸发过程中令人满意的抗盐积聚能力。

文献信息

https://doi.org/10.1016/j.desal.2025.118579

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