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《文章投稿》用于高效的太陽能海水淡化的具有高效耐鹽和熱定位的自漂浮一體式水凝膠蒸發器
發布時間：2025-05-19 瀏覽量：1314
1.文章信息
標題：A self-floating integrated hydrogel evaporator with efficient salt resistance
and thermal localization for efficient solar water desalination
中文標題：用于高效的太陽能海水淡化的具有高效耐鹽和熱定位的自漂浮一體式水凝膠蒸發器
頁碼：492 (2024) 152302
DOI: 10.1016/j.cej.2024.152302
2.文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152302
3.期刊信息
期刊名：Chemical Engineering Journal
ISSN: 1385-8947
2022年影響影子：15.1
分區信息：中科院1區top
設計研究方向：界面蒸發
4．作者信息:
第一作者：蘭州理工大學張賽
通訊作者：蘭州理工大學劉健、蘭巧，中國人民解放軍陸軍勤務學院劉娜。
5.文中所述設備由北京中教金源科技有限公司提供，設備型號：CEL-S500
6.文章簡介：
淡水資源枯竭已成為現代社會日益令人擔憂的問題，對人類生存和經濟發展具有重大影響。為了有效緩解淡水危機，蒸餾、多級閃蒸、反滲透等各種海水淡化技術發展迅速，并被應用于多個領域。然而，這些傳統技術會帶來溫室氣體排放、水污染、高能耗等各種問題不可避免地限制了其廣泛應用。為了克服這些局限性，太陽能驅動的界面蒸發（SDIE）因其高效率和低能耗而成為一種有前途的可持續淡水生產方法。
關于太陽能蒸發器的研究報告很多，如水凝膠,氣凝膠和生物質等蒸發器。然而，對于大多數蒸發器來說，由于熱量損失和鹽分積累，蒸發速率和蒸發效率受到限制。造成這種現象的主要原因如下。首先，許多太陽能蒸發器不能自行漂浮，通常需要安裝在帶有輸水裝置的泡沫板上。這種蒸發裝置實際上減少了向水體的熱傳遞。然而，隨著連續蒸發過程的進行，水體的鹽濃度增加，一維通道的水分輸送能力明顯降低，降低了蒸發器的汽化性能，影響了蒸發器的穩定性。其次，大多數蒸發器既是輸水層又是光熱層，不僅增加了光熱材料的浪費，還導致光熱層與水體直接接觸，造成熱量損失。理想的太陽能驅動界面蒸發器不僅要具有較高的蒸發性能，還要具有優良的穩定性、良好的耐鹽性和低成本。近年來，共軛聚合物水凝膠因其固有的含水特性和易于定制的內部多孔結構而在研究人員中廣受歡迎。通過摻入親水官能團來調節水與共軛聚合物網絡之間的相互作用，實現了SDIE的高蒸發性能。雖然研究人員開發的光熱水凝膠達到了高水平的蒸發速率，但部分蒸發器缺乏耐鹽性測試。為了實現SDIE的廣泛應用，需要一種系統的設計，以平衡太陽能蒸發器的各種性能方面。設計一種具有高效熱管理、耐鹽和自漂浮能力的蒸發器以實現高效的清潔水生產仍然是一個重大挑戰。
在這里，我們設計了一種帶有自漂浮能力的雙層水凝膠蒸發器。蒸發器由發泡聚苯乙烯板、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、瓊脂和導電炭黑制成。蒸發器的結構設計提高了蒸發系統的輸水能力，有效減少了熱量損失，使蒸發器具有高效的耐鹽和熱定位性能。該蒸發器在1 kW m-2光照下表現出2.77 kg m-2 h-1和94.25%的出色蒸發速率和蒸發效率。該蒸發器在10周期太陽蒸發實驗中表現出良好的穩定性。在1 kW m-2照明下連續蒸發9小時，蒸發器在3.5 wt% NaCl溶液中表現出優異的耐鹽性。此外，蒸發器對有機廢水對硝基苯酚和亞甲藍的凈化率分別達到99.8%和100%。上述證明該蒸發器具有穩定高效的太陽能凈水能力，也證明了界面太陽能蒸汽產生比傳統策略在熱力學和動力學方面的優勢，為大規模太陽能海水淡化和凈水提供了新途徑。
