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)大學碩士研究生高歡為第一作者，上海第二工業(yè)大學能源與材料學院邴乃慈副教授和于偉教授共同指導的成果。
1.圖文信息
圖1. 圖文信息
2.成果簡介
太陽能驅動的界面蒸發(fā)技術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致的能源效率降低是應用中的巨大障礙。在此，我們報告了一種三明治結構的MXene/木質氣凝膠與相變材料（PCMs）耦合的高效和連續(xù)脫鹽的蒸發(fā)器。DWA的多級水傳輸通道以及MXene和DWA增強的熱局域化效應優(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)率達到2.0 kg·m-2·h-1，能源效率達到92.6%。淡水產(chǎn)量可以達到15kg·m-2·day-1。在間歇性太陽能照射下的蒸發(fā)率也高達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。分析了太陽能驅動的界面蒸發(fā)能量平衡、水分運輸、熱局域化和抗鹽機制。這項工作為打破傳統(tǒng)太陽能界面蒸發(fā)的局限性，實現(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)過程的能量平衡機理
圖9. SDIECP系統(tǒng)的戶外測試性能
3. 小結
在這項研究中，我們開發(fā)了一個用于海水淡化的三明治結構SDIECP系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由DWA榫卯結構、d-Ti3C2-DWA光熱蒸發(fā)層和一個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2.0 kg·m-2·h-1，能源效率為92.6%，在一個太陽的照射下，每天的淡水產(chǎn)量可以達到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、光熱轉換和DWA的各向異性分層多孔結構之間的協(xié)同效應，該結構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對蒸發(fā)過程中能量損失的再利用。它具有高效的光熱轉換、快速的水傳輸、水汽溢出和合理的余熱儲存和釋放，克服了太陽能的間歇性，從而提高了整體能源效率。這項工作所構建的系統(tǒng)為綠色、高效和可持續(xù)的淡水生產(chǎn)提供了一個有前途的解決方案。