文献分享384：一种用于高效稳定的太阳能海水淡化的简便的自浮式生物基 Janus 蒸发器设计

本期分享发表在Journal of Environmental Chemical Engineering杂志上题目为“Design of a facile self-floating bio-based Janus evaporators for efficient and stable solar desalination”的研究文章。

Part 1 文章简介

利用太阳能驱动的光热蒸发器进行海水淡化为解决当前全球淡水短缺问题提供了一种极具吸引力的解决方案，因此有必要开发可扩展且高效的界面太阳能蒸发器。在本研究中，我们利用生物基壳聚糖 (CS) 和环氧化天然橡胶 (ENR) 乳胶 (CS@ENR) 气凝胶，通过原位聚合控制聚吡咯 (Ppy) 的单面沉积，然后用疏水性聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 进行改性，成功制造出了一种经济高效的 Janus 蒸发器。PP-CS@ENR (PDMS/Ppy-CS@ENR) 气凝胶在整个太阳光谱中表现出高光吸收率 (95%) 和优异的光热转换能力 (高达 67.7 °C)。Janus PP-CS@ENR 在一个太阳照射下的水蒸发速率为 2.16kg·m−2·h−1，光热转换效率高达 91%。此外，蒸发器表现出卓越的回收能力，经过 14 天的连续蒸发循环后，水蒸发率稳定在 ≥2.0kg·m−2·h−1。在室外太阳能条件下，每天可生产 14.8kg/平方米的淡化水（8 小时），足以满足 7 个成年人的饮用需求。因此，PP-CS@ENR 生物质基 Janus 蒸发器的这些优势特性使其在太阳能驱动的界面蒸发系统中具有广泛的应用。

‍ Part 2 主要图表

图1是PP-CS@ENR气凝胶的制备过程。

图2是(a)纯CS@ENR气凝胶的SEM和光学图像。(b-c)P-CS@ENR气凝胶和PP-CS@ENR气凝胶的SEM图像和(d-e)元素映射图像。

图3是(a-b) PP-CS@ENR 气凝胶的水接触角测试。 (c) Janus PP-CS@ENR 漂浮在水面上的照片。 (d) CS@ENR 气凝胶的吸水能力。 (e) 用酒精灯在石棉网和 CS@ENR 气凝胶上加热 4 分钟的丁香花照片。

图4是(a) CS气凝胶和(b) CS@ENR气凝胶的回弹测试。(c)戊二醛(GA)、CS、ENR、CS@ENR' (未经戊二醛交联)、CS@ENR的FTIR光谱。(d-e) CS、ENR和GA的反应和交联机理。(f) CS@ENR' (未经戊二醛交联)的膨胀试验。(g) PP-CS@ENR气凝胶在500g重量下的变形试验。(h) PP-CS@ENR在30%-70%应变范围内的压缩应力-应变曲线。

图5是（a）CS@ENR 和 PP-CS@ENR 的 UV-vis-NIR 吸收光谱。（b）不同太阳光照强度下干燥 CS@ENR 和 PP-CS@ENR 的表面温度随时间的变化。（c）CS@ENR 和 PP-CS@ENR 的红外图像。（d-f）在 1、2 和 3 次太阳光照下 5 次“开灯”和“关灯”循环期间 PP-CS@ENR 的时间-温度曲线。

图6是(a) 1 个太阳照射下纯水、CS@ENR 气凝胶和 PP-CS@ENR 气凝胶的蒸发速率和效率。(b) 不同太阳照射强度下 PP-CS@ENR 气凝胶中水随时间的质量变化曲线。(c) 将 PP-CS@ENR 气凝胶的蒸发速率与之前的研究进行比较。(d) 1 个太阳照射下不同浓度 NaCl 溶液中 PP-CS@ENR 的蒸发速率。1 个太阳照射下 (e) 3.5 wt% NaCl 溶液、(f) 7 wt% NaCl 溶液和 (g) 20 wt% NaCl 溶液中 PP-CS@ENR 在连续光照 8 小时后的蒸发速率。(h) Janus PP-CS@ENR 气凝胶高效水蒸发和高抗盐性示意图。 （i）PP-CS@ENR气凝胶在1个太阳照射下14天内3.5wt% NaCl溶液的蒸发速率和质量变化。

图7是(a) 太阳能海水淡化的室外测试装置。(b) 室外蒸发测试中 9:00 至 17:00 之间太阳能密度和室外温度的变化（中国青岛，2024 年 5 月 15 日）。(c) 室外太阳能蒸发实验中的累积蒸发量和 (d) 太阳蒸发率。(e) 太阳能净化前后黄海水离子浓度的变化。(f) 小麦种子在黄海水和淡化水中浸泡 2 天后发芽的图片。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jece.2025.116007

引用：Xu, Tianyi, et al. "Design of a facile self-floating bio-based Janus evaporators for efficient and stable solar desalination." Journal of Environmental Chemical Engineering (2025): 116007.

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