江苏滚球体育 大学施伟龙/郭峰CEJ:基于0D/1D结构的碳化柚子皮生物质基高效太阳能蒸发器的构筑

太阳能驱动的界面蒸发是一种可持续的淡水短缺解决方案，但蒸发器存在价格昂贵、效率低和盐分积累等问题。因此，开发高效、低成本的太阳能驱动界面蒸发器是迫切需求。多孔三维碳基材料已被应用于太阳能蒸发器，如碳化的胡萝卜、马铃薯等生物质材料。然而，这些碳化生物质存在一些局限性，如吸收光谱范围窄、抗冲击性差、抗盐沉积能力弱等，这对蒸发器的长期稳定高效运行是致命的。

江苏滚球体育 大学施伟龙副教授/郭峰副教授课题组通过碳化柚子皮（CPP）并添加管状PPy和CDs，设计了一种具有交联网络结构的可持续高机械强度生物质太阳能蒸发器。得益于CDs/PPy 在三维CPP网络中的0D/1D结构，CDs/PPy-CPP复合生物质蒸发器在1个光照强度下的蒸发率高达2.46 kg m^-2h^-1，此外，在25 wt% NaCl溶液中的蒸发效率仍然很高，并表现出优异的抗盐沉积能力。更重要的是，CDs/PPy-CPP蒸发器不仅为实现强酸/强碱和染料的溶液净化提供了一个生物兼容平台，还能从废水中提取高质量的冷凝水。研究成果以Engineering of 0D/1D architectures in 3D networks over CDs/PPy-CPP biomass foam with high efficiency on seawater evaporation为题发表于Chemical Engineering Journal。

数据概要

图1. CDs/PPy-CPP蒸发器的制备过程

图2. (a)PP、(b) CPP和(c) CDs/PPy-CPP的扫描电镜图像。(d)CDs/PPy-CPP的高分辨率SEM图像。（e、f）TEM和(g) HRTEM和(h)对应的CDs/PPy-CPP泡沫的元素映射图像。

图3.(a)所制备样品的动态接触角图像。(b)蒸发器在染料中的垂直运输行为。(c)蒸发器底部热运动的热成像图像。(d)蒸发器表面自脱盐过程的光学图像。(e)蒸发器的抗盐沉积能力照片。(f)水在蒸发器上的输送和盐扩散示意图。

图4. 所制备样品的(a)紫外-Vis-NIR吸收光谱。(b)光热效应分析单元的示意图。(c)温度变化。 (d)红外热像照片曲线。(e)所制备样品的表面粗糙度。

图5 (a)纯水和已制备样品的蒸发效率。(b)已制备样品3小时内的连续蒸发效率。(c)不同光强下的蒸发效率。(d)不同盐浓度下的蒸发效率。(e)循环测试。(f)蒸发效率的比较。

图6 .(a)真实太阳能淡化系统的侧视图和俯视图的光学图像。(b)室外试验的实际蒸发效率。(c)收集的冷凝水中MB和Mo的吸光度的变化。(d)酸性和碱性溶液中蒸发后的pH变化。(e)水纯度测试。

论文地址

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147279