文献分享391：粘土/碳复合气凝胶可用于有效的太阳能驱动的海水淡化和处理

本期分享发表在Journal of Environmental Chemical Engineering杂志上题目为“Clay/carbon composite aerogels for effective solar-driven water desalination and treatment”的研究文章。

Part 1 文章简介

太阳能驱动的界面蒸发 (SDIE) 正成为一种有前途的途径，通过利用可再生太阳能进行海水淡化和废水处理来缓解全球淡水危机。然而，蒸发器成本高、蒸发性能有限且制备复杂，限制了 SDIE 技术的广泛应用。在这里，我们设计并制造了粘土/碳复合气凝胶，它们可与各种碳基光热材料（包括多壁碳纳米管 (MWCNT)、炭黑、石墨和石墨烯）轻松兼容，以实现有效的 SDIE。粘土作为气凝胶的结构框架和光热材料的分散剂。黑色碳基光热材料提高了气凝胶的太阳吸收性能。所有获得的粘土/碳复合气凝胶都表现出多孔整体结构、良好的亲水性、高太阳光吸收率和出色的机械强度。在粘土/碳复合气凝胶存在下，水的蒸发焓显着降低。在1.0太阳辐射下，粘土/MWCNT复合气凝胶在3.5wt％盐水中表现出2.53kgm⁻²h⁻¹的高蒸发速率和96.7％的光热转换效率。粘土/MWCNT复合气凝胶在不同环境和十个蒸发循环中也保持了高蒸发性能。此外，粘土/MWCNT复合气凝胶对海水和染料废水表现出优异的净化性能。SDIE使用粘土/MWCNT复合气凝胶生产的净化水符合世界卫生组织的饮用标准。这些发现为开发高效、低成本的太阳能驱动蒸发器提供了一种有前途的策略，广泛应用于海水淡化和废水处理。

‍ Part 2 主要图表

图1是MWCNT 在海泡石悬浮液中分散及 VSC 气凝胶制造过程的示意图。

图2是（a）海泡石/MWCNTs 分散体储存不同时间的数码照片，（b）VSC-0 和（c）VSC-17。（d）海泡石/MWCNTs 薄膜的 SEM 图像，（e）VSC-0 和（f）VSC-17。（g）太阳辐射光谱和 VSC 的吸收光谱。（h）VSC-17、MWCNT、蛭石和海泡石的 XRD 图案和（i）FT-IR 光谱。

图3是(a) 1.0 太阳辐射下干燥状态下 VSC 的表面温度曲线和 (b) 红外图像。 (c) 1.0 太阳辐射下水质量变化和 (d) 本体水的蒸发速率以及存在 VSC 的情况。 (e) SDIE 实验装置示意图。 (f) 光热蒸发前 30 分钟内 VSC-17 和本体水的红外图像。

图4是（a）VSC-3中水的拉伸振动的拉曼光谱和高斯拟合峰。（b）粘土/MWCNT复合气凝胶中的IW/FW和（c）水蒸发焓。

图5是（a）不同太阳辐射下 VSC-17 蒸发器的水质量变化和（b）蒸发速率。（c）1.0 太阳辐射下不同对流条件下 VSC-17 蒸发器的水质量变化和（d）蒸发速率。（e）2023 年 9 月 17 日 9:00-17:00 中国大连室外温度和太阳强度。（f）VSC-17 海水淡化装置室外水质量变化和数字图像（插图）。

图6是SDIE淡化前后实际海水中四种主要离子的浓度（a）和离子排斥率（b）。

图7是(a) SDIE 使用 VCS-17 蒸发器净化废水的过程。(b) MB 溶液和 (c) MO 溶液在 1.0 太阳光下经 VSC-17 净化前后的紫外可见光谱和数字图像（插图）。

图8是（a）1.0 个太阳辐射下，VSC-17 蒸发器处理不同浓度 NaCl 溶液时的水质量变化和（b）蒸发速率。 （c）1.0 个太阳辐射下 VSC-17 在 10 个循环中的水质量变化。

图9是VSGT-17、VSGN-17 和 VSCB-17 的 (a) 表面温度曲线、(b) 太阳辐射光谱和吸收光谱、(c) 蒸发率和 (d) 成本效益。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jece.2025.116457

引用：Liu, Huiquan, et al. "Clay/carbon composite aerogels for effective solar-driven water desalination and treatment." Journal of Environmental Chemical Engineering (2025): 116457.

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