胡良兵教授Energy & Environmental Science：双峰多孔结构的巴沙木用于太阳能海水淡化

【引言】

安全饮用水的短缺是人类的主要死因之一，尤其是在偏远的农村地区。目前，利用太阳能蒸发器来淡化海水是一种产生安全饮用水的有效的、可持续和廉价的方法。然而，为了进一步促进太阳能海水淡化的实际应用，尤其是对高浓度盐水进行淡化，阻止盐分积聚在太阳能海水淡化装置的表面、保持装置的长期稳定性和快速的海水蒸发的速率等问题迫切需要解决。

【成果简介】

近日，美国的马里兰大学的胡良兵教授（通讯作者）在著名期刊Energy & Environmental Science上报道了双峰多孔结构的巴沙木可以用于对高浓度盐水进行淡化的太阳能蒸汽发生装置。该装置利用表面炭化的巴沙木的双峰多孔的和互相连接的微观结构，能迅速补充表面蒸发的盐水，确保快速、持续地产生洁净的水蒸气。该装置对高浓度盐水进行淡化，在6个太阳照射的条件下的水汽蒸发速率为6.4 kg m^-2h^-1，并且具有出色的长期稳定性。巴沙木的大导管通道对阻止盐分积聚起到非常重要的作用。总而言之，该装置用于对高浓度盐水进行淡化表现出高效、稳定、低成本和对环境友好的优点。

【图文导读】

图1. (a) 双峰多孔结构的巴沙木的微观结构和用于对高浓度盐水进行淡化的工作原理；(b) PDMS/巴沙木材料的表面有盐分积聚的原理

图2.表面炭化的巴沙木的结构表征。 (a, b) 天然的巴沙木和表面炭化的巴沙木的照片； (c) 表面炭化的巴沙木的三维SEM图； (d) 表面炭化的巴沙木的SEM图的顶视图；(e) 表面炭化的巴沙木的SEM图的顶视图的放大图； (f) 薄壁细胞的SEM图；(g) 导管通道的SEM图的放大图；(h) 导管通道和管胞的尺寸分布图

图3.(a) 天然的巴沙木和表面炭化的巴沙木的紫外-可见光吸收光谱；(b) 盐水和表面炭化的巴沙木在不同的入射光照强度下的温度； (c) 表面炭化的巴沙木在不同光照强度下的水汽蒸发速率；(d) 表面炭化的巴沙木在不同光照强度下的水汽蒸发效率； (e) 表面炭化的巴沙木在6个太阳照射的条件下不同光照时间的水汽蒸发速率和水汽蒸发效率； (f) 盐水在淡化前后的盐度对比

图4.(a) PDMS/巴沙木材料的照片；(b, c) PDMS/巴沙木材料的SEM图的侧视图和顶视图； (d) 雪松的照片；(e)雪松的SEM图的顶视图； (f) 雪松的微通道的尺寸分布； (g)三种木材基太阳能蒸发器的水汽蒸发速率； (h) 表面炭化的巴沙木的循环性能； (i) 表面炭化的巴沙木和PDMS/巴沙木材料的吸光度的变化；(j) 循环20天后的表面炭化的巴沙木的SEM图的顶视图；(k) PDMS/巴沙木材料在太阳照射45分钟后的SEM图的顶视图

图5.(a-f) 表面的NaCl颗粒逐渐溶解；(g)表面炭化的巴沙木的底视图

【小结】

表面炭化的、双峰多孔的巴沙木解决了长期的太阳能海水淡化过程中盐分积聚的问题。巴沙木的双峰多孔的和互相连接的微观结构起到了关键性的作用。巴沙木具有高水汽蒸发速率，表现出优异的稳定性和耐用性，而且在防止盐分积聚的同时保持高效的水汽蒸发速率。该项研究成果为可持续地产生饮用水提供了很大的希望，尤其是从海水来获得饮用水。

文献链接：Nature-Inspired Salt Resistant Bimodal Porous Solar Evaporator for Efficient and Stable Water Desalination（Energy Environ. Sci.，2019，DOI:10.1039/C9EE00945K）

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