три

npj Чистая вода, том 6, Артикульный номер: 12 (2023) Цитировать эту статью

1504 Доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Межфазное испарение солнечной энергии является эффективной мерой по смягчению существующей глобальной нехватки ресурсов чистой воды. Однако многие солнечные испарители представляют собой устройства с двумерной (2D) структурой, разработанные путем нанесения светопоглощающих материалов на поверхность исходных материалов, и эффективность генерации солнечного пара ограничена. По этой причине в настоящем исследовании сообщается о простом и экологически чистом методе создания конического трехмерного (3D) деревянного испарителя, который использует гибкую древесину в качестве подложки и комплекс дубильной кислоты в качестве светопоглощающего материала и формируется путем дальнейшего свертка. Разумная конструкция конструкции и сочетание материалов позволяют испарителю проявлять превосходную устойчивость к плесени и высокую эффективность испарения. Черная отделка значительно улучшает светопоглощение древесины, что приводит к высокому поглощению (>90%) DW-TA-Fe3+ в диапазоне длин волн 200–800 нм. Скорость испарения воды в испарителе с деревянным конусом может достигать 1,79 кг м-2 ч-1, что примерно в 1,6 раза выше, чем у испарителя 2D. Кроме того, испаритель демонстрирует выдающуюся биологическую стабильность и эффективное опреснение. Ожидается, что эта работа откроет новое направление в разработке 3D деревянного испарителя для эффективного опреснения воды с помощью солнечной энергии.

Дефицит чистой воды сегодня является основной актуальной проблемой из-за демографического бума и промышленного развития1,2,3. Чтобы смягчить эту проблему, для очистки воды используются многие технологии, такие как электродиализ4, мембранная дистилляция5, обратный осмос6, многокорпусная дистилляция (MED), адсорбционное опреснение (AD)7,8,9,10,11,12 и т.д. производство воды, однако, которые имеют ограниченное применение из-за относительно сложного процесса, а также высокой стоимости и которые имеют ограниченное применение из-за относительно сложного процесса, а также высокой стоимости и низкого стандартного универсального коэффициента производительности (10–13%, как было рассчитано). на основе стандартной первичной энергии)13. Солнечное межфазное испарение, используемое для опреснения, является эффективным и устойчивым методом устранения нехватки ресурсов пресной воды14,15,16,17. В отличие от традиционного солнечного испарения (нагрева большого количества воды)18,19,20,21, эта технология использует специальную структуру для удержания энергии в светопоглощающем слое, что позволяет воде испаряться на поверхности конструкции, эффективно снижая потери тепла. и достижение более высокой эффективности испарения22,23,24,25,26,27.

В системы солнечного межфазного испарения были введены различные фототермические материалы, такие как ионы нанометаллов28, оксид графена29, полипиррол30 и т. д. Эффективное испарение было достигнуто за счет улучшения скорости поглощения и снижения теплопотерь устройств фототермического испарения31,32,33, 34,35,36,37. Украсив наночастицами металла натуральную древесину, Чжу и др. разработали плазмонный материал с высокой степенью поглощения 99% в диапазоне длин волн 200–2500 нм38. Фэн и др. разработал солнечный испаритель с помощью кальцинирования меламиновых губок (MS). Прокаленный МС с теплоизоляцией достиг сверхбыстрой скорости солнечного испарения (1,98 кг м-2 ч-1) и высокой фототермической эффективности (~92%)39. Ян и др. изучили сверхлегкий аэрогель из кукурузной соломы и графена с эффективностью преобразования солнечной энергии 95% за счет низкотемпературного гидротермального восстановления и атмосферной сушки с использованием кристаллов льда в качестве шаблонов40. В качестве испарителя для опреснения морской водой использовалась недорогая натуральная древесина благодаря ее микропористой структуре и превосходной гидрофильности. Большинство исследователей создавали плоские устройства путем нанесения светопоглощающих материалов на поперечные и продольные сечения натуральной древесины41,42,43,44. Из-за сложного производства и низкой скорости испарения эти технологии требуют дальнейшего улучшения характеристик испарения. Однако выбор материалов достиг узкого места в эффективности, и теоретический предел эффективности преобразования энергии трудно продвигать дальше.