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生物質(zhì)材料,如木材、竹子和蘑菇等,因其良好的親水性、獨(dú)特的水傳輸通以及出色的熱絕緣性能,在太陽(yáng)能蒸發(fā)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。然而,由于供水和熱絕緣的權(quán)衡關(guān)系設(shè)計(jì)不合理,導(dǎo)致生物基太陽(yáng)能蒸發(fā)器的蒸發(fā)速率遠(yuǎn)低于石油基太陽(yáng)能蒸發(fā)器。
近日,貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院謝海波教授和謝遠(yuǎn)鵬特聘教授團(tuán)隊(duì)以魔芋衍生的氣凝膠作為輸水材料,以竹炭黑作為光熱材料,成功制備了一種高效的全生物基蒸發(fā)器(圖1)。魔芋氣凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的吸水能力,吸水率高達(dá)10 g g-1(圖2)。優(yōu)化魔芋氣凝膠的二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(2D KA-30),以減少氣凝膠與水體之間的接觸面積,降低輸水材料的導(dǎo)熱系數(shù)(0.113 W m-1 K-1),進(jìn)而平衡供水和熱絕緣的權(quán)衡關(guān)系。最終,太陽(yáng)能蒸發(fā)器在一個(gè)太陽(yáng)輻射下實(shí)現(xiàn)了3.77 kg m-2 h-1的蒸發(fā)速率和97.2%的光熱轉(zhuǎn)換效率(圖3)。此外,該全生物基太陽(yáng)能蒸發(fā)器的制備過(guò)程只用水作為溶劑,沒(méi)有使用任何有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸或強(qiáng)堿。
圖1魔芋氣凝膠的合成和制備過(guò)程
圖2 2D傳水結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)性能
相關(guān)成果以題為“Biomass-Based Solar Evaporation: Sustainable Solutions for Efficient and Eco-Friendly Water Supply“發(fā)表在化工領(lǐng)域國(guó)際期刊《Chemical Engineering Journal》(IF=15.1,JCR一區(qū),中科院工程技術(shù)1區(qū)Top)上,文章通訊作者為謝海波教授、謝遠(yuǎn)鵬特聘教授, 南昌大學(xué)胡笑添研究員,第一作者為貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院2022級(jí)碩士研究生田茂松,第一完成單位為貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院。
文章信息:Maosong Tian, Hui Lu, Haojie Li, Jingfu Tian, Yuanlong Guo, Xiaotian Hu, Haibo Xie, Yuanpeng Xie. Biomass-Based Solar Evaporation: Sustainable Solutions for Efficient and Eco-Friendly Water Supply, 2024, doi:
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152940.