近日，我課題組師生在國際知名期刊Chemical Engineering Journal（IF=16.744）上在線發(fā)表了題為“Sandwich-structured MXene/wood aerogel with waste heat utilization for continuous desalination”的研究論文【Chemical Engineering Journal 454 (2023) 140362】，該論文是以上海第二工業(yè)大學(xué)碩士研究生高歡為第一作者，上海第二工業(yè)大學(xué)能源與材料學(xué)院邴乃慈副教授和于偉教授共同指導(dǎo)的成果。
1.圖文信息
圖1. 圖文信息
2.成果簡介
太陽能驅(qū)動(dòng)的界面蒸發(fā)技術(shù)在海水淡化中顯示出良好的前景。然而，間歇性的太陽能照射和連續(xù)脫鹽過程中的鹽分沉積導(dǎo)致的能源效率降低是應(yīng)用中的巨大障礙。在此，我們報(bào)告了一種三明治結(jié)構(gòu)的MXene/木質(zhì)氣凝膠與相變材料（PCMs）耦合的高效和連續(xù)脫鹽的蒸發(fā)器。DWA的多級(jí)水傳輸通道以及MXene和DWA增強(qiáng)的熱局域化效應(yīng)優(yōu)化了蒸發(fā)器的性能。PCMs塊作為余熱回收模塊在很大程度上減少了熱損失。在一次太陽照射下，蒸發(fā)率達(dá)到2.0 kg·m-2·h-1，能源效率達(dá)到92.6%。淡水產(chǎn)量可以達(dá)到15kg·m-2·day-1。在間歇性太陽能照射下的蒸發(fā)率也高達(dá)1.77 kg·m-2·h-1。連續(xù)蒸發(fā)5天，蒸發(fā)性能以及鹽分積累都沒有明顯下降。分析了太陽能驅(qū)動(dòng)的界面蒸發(fā)能量平衡、水分運(yùn)輸、熱局域化和抗鹽機(jī)制。這項(xiàng)工作為打破傳統(tǒng)太陽能界面蒸發(fā)的局限性，實(shí)現(xiàn)間歇性太陽能照射下的穩(wěn)定脫鹽提供了很好的途徑。
圖2. d-Ti3C2、DWA、d-Ti3C2-DWA和SDIECP系統(tǒng)的制備過程示意圖
圖3. d-Ti3C2、DWA、d-Ti3C2-DWA的微觀表征
圖4. d-Ti3C2、DWA、d-Ti3C2-DWA的水輸運(yùn)性能
圖5. d-Ti3C2、DWA、d-Ti3C2-DWA的熱局域化性能
圖6. d-Ti3C2、DWA、d-Ti3C2-DWA的水蒸發(fā)性能
圖7. d-Ti3C2、DWA、d-Ti3C2-DWA的抗鹽性能
圖8. SDIECP系統(tǒng)蒸發(fā)過程的能量平衡機(jī)理
圖9. SDIECP系統(tǒng)的戶外測試性能
3. 小結(jié)
在這項(xiàng)研究中，我們開發(fā)了一個(gè)用于海水淡化的三明治結(jié)構(gòu)SDIECP系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由DWA榫卯結(jié)構(gòu)、d-Ti3C2-DWA光熱蒸發(fā)層和一個(gè)PCM余熱回收模塊組成。我們通過使用交替輻照模擬了陰天的太陽能脫鹽。蒸發(fā)率高達(dá)2.0 kg·m-2·h-1，能源效率為92.6%，在一個(gè)太陽的照射下，每天的淡水產(chǎn)量可以達(dá)到15 kg·m-2·day-1。更重要的是，在間歇性太陽光照下的蒸發(fā)率也高達(dá)1.77 kg·m-2·h-1。此外，在連續(xù)蒸發(fā)5天的情況下，蒸發(fā)性能以及鹽分積累都沒有大的下降。高蒸發(fā)率歸因于d-Ti3C2的高光吸收、光熱轉(zhuǎn)換和DWA的各向異性分層多孔結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同效應(yīng)，該結(jié)構(gòu)具有熱定位和有效的水傳輸功能。此外，高的太陽能效率來自于PCMs對(duì)蒸發(fā)過程中能量損失的再利用。它具有高效的光熱轉(zhuǎn)換、快速的水傳輸、水汽溢出和合理的余熱儲(chǔ)存和釋放，克服了太陽能的間歇性，從而提高了整體能源效率。這項(xiàng)工作所構(gòu)建的系統(tǒng)為綠色、高效和可持續(xù)的淡水生產(chǎn)提供了一個(gè)有前途的解決方案。