通過將太陽能吸收劑與散裝工作流體分離而形成的Janus結(jié)構(gòu)界面汽化，由于其低熱損失和高海水淡化，水凈化，發(fā)電等太陽能轉(zhuǎn)化效率而備受關(guān)注。
然而，完全分離的雙層結(jié)構(gòu)具有不連續(xù)的界面轉(zhuǎn)變和低效率的光熱材料破壞了它的長期使用和大規(guī)模的實際開發(fā)。最近，南京工業(yè)大學(xué)陳蘇/朱亮亮教授團隊已證明具有連續(xù)排列的貫穿微通道的低成本Janus整體殼聚糖氣凝膠對海水淡化和廢水凈化具有高效的光熱效應(yīng)。頂部太陽能吸收層通過對準的微通道中入射光的多次內(nèi)部反射來提高寬帶光吸收和光熱轉(zhuǎn)換效率。此外，絕緣/親水底層促進了水的輸送和熱的局部化，同時防止了鹽/污垢的積累。結(jié)果，獲得了約1.76 kg m–2 h-1的長期太陽氣化率，相當(dāng)于在1次太陽照射下的光汽效率約為91％。
值得注意的是，整個氣凝膠中的大容器微通道和良好的溶脹特性為完全隔離自包含的蒸發(fā)提供了充足的水補充和存儲，從而說明了自包含的太陽能蒸汽的產(chǎn)生增加且時間延長。這種低成本的雙層氣凝膠在各種流體中具有出色的循環(huán)穩(wěn)定性，為偏遠農(nóng)村地區(qū)的淡水生產(chǎn)提供了潛在的機會。相關(guān)論文以題為Self-contained Janus Aerogel with Antifouling and Salt-Rejecting Properties for Stable Solar Evaporation發(fā)表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。
【主圖導(dǎo)讀】
示意圖1.基于Janus氣凝膠蒸發(fā)器的界面光熱水蒸發(fā)示意圖
圖1.雙層CCS的形態(tài)和特征。（a）CCS的制備程序示意圖。（b，c）垂直于冰面的方向和（d）縱向截面的SEM圖像。（e）代表性的碳化梯度圖像。
圖2. CCS的物理和機械性能。（a）CCS-60，CS和殼聚糖粉末的FT-IR光譜。（b）C 1s的CS和CCS-60的XPS光譜。（c）CS和CCS-60的軸向壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。（d）CCS-60的透射光譜和反射光譜。（e）CS-60的熱導(dǎo)率和（f）紅外熱像圖。（g）抑制熱量損失的高效穩(wěn)定的蒸騰裝置的示意圖。
圖3.在鹽水上的太陽蒸發(fā)性能。（a）光照30分鐘后，含CCS-60的水的溫度曲線。（b）產(chǎn)生太陽蒸汽的示意圖。（c）在1 kW m–2的光密度下，具有不同碳化時間的CCS的蒸發(fā)速率和（d）效率。（e）在1個太陽光下180分鐘內(nèi)不同CCS的表面溫度變化，以及（f）CCS-60的脫鹽測試照片。
圖4.在酸性和堿性水中的太陽能蒸發(fā)性能。（a）CCS-60隨時間推移漂浮在散裝水中并與散裝水隔離的質(zhì)量變化。（b）酸性和堿性水的蒸發(fā)量變化。（c）在酸性和堿性水中進行pH值測試的照片。（d）CCS-60循環(huán)水蒸發(fā)性能的穩(wěn)定性，以及（e）溶脹性能的吸收能力分析。（f）含有CCS-60的酸性水的質(zhì)量變化。
圖5.防污性能測試過程。（a）在1個陽光照射下24小時后，CCS-60在泥水上的防污性能。（b）CCS-60在泥水上的蒸發(fā)速率；插圖顯示了一些被污染的氣流成網(wǎng)紙的照片。（c）CCS-60的防污原理圖。
【總結(jié)】
團隊展示了一種低成本的Janus整體式太陽能蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器具有合理的碳化交聯(lián)殼聚糖碳化頂層，用于太陽能轉(zhuǎn)化為熱能；親水性底部用作絕熱層，以及用于高效太陽能的水傳輸層蒸汽產(chǎn)生。Janus整體式氣凝膠具有寬帶光吸收能力，理想的細胞孔結(jié)構(gòu)和出色的循環(huán)穩(wěn)定性，在1個陽光照射下，蒸發(fā)率高（1.76 kg m–2 h-1），效率高（?91％）。此外，氣凝膠中垂直排列的貫穿微通道和良好的溶脹性能可提供充足的水補充和存儲，以增強隔離各種流體（例如海水，強酸/堿性溶液和渾濁的水中）中的自包含蒸發(fā)的能力，同時防止形成鹽分/積垢。這種具有成本效益的雙層氣凝膠和蒸發(fā)結(jié)構(gòu)可以為基于偏遠地區(qū)的清潔水生產(chǎn)或基于界面太陽蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)的緊急需求提供有希望的經(jīng)濟替代策略。
