海南大學利用花粉制出高效光熱水蒸發膜
發布者:lzx | 來源: MaterialsViews | 0評論 | 3089查看 | 2020-05-27 10:43:05    

水和能源是現代社會中的稀缺資源,與國家經濟和社會發展息息相關。許多地區淡水資源的短缺和能源發電基礎設施的不足進一步惡化了水和能源的供應。太陽能驅動的界面光熱蒸發技術被認為是一種綠色可持續的解決方案。太陽能是驅動水蒸氣產生的主要能量來源,因此研究人員開發了各種光吸收體和光捕獲結構以增強光熱轉換效率。然而對于大多數現有的太陽能水蒸發膜來說,其水蒸發速率和整體光熱轉換效率仍然受限于較低的熱能利用率。


海南大學南海海洋資源利用國家重點實驗室曹陽教授團隊及其合作者針對這一問題,通過在木材基底上基于油菜花粉碳細胞和雙層PVDF膜構建三層夾心光熱膜結構,綜合優化蒸發層水運輸和熱管理性能,實現碳細胞周圍水環境和水蒸發模式調控,獲得高效光熱水蒸發膜。相關結果以“Sandwich Photo thermal Membrane with Confined Hierarchical Carbon Cells Enabling High-Efficiency Solar Steam Generation”為題,在線發表在Small(DOI:10.1002/smll.202000573)。


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該論文中,研究者首先采用Cu鹽活化的方法對分級空心結構油菜花粉進行碳化并構造大量孔結構,然后在木材基底上層層組裝夾心光熱膜結構。與石墨烯和碳納米管相比,花粉碳細胞不但成本低、制備工藝簡單,而且孔結構更加精細多樣、結構穩定性更好。通過夾心結構的構建,花粉碳細胞的大空腔有利于降低蒸發層的水含量,減少熱能損耗,而其球形結構則能拱起蒸發表面,增加有效蒸發面積。


通過水運輸速率的控制,可調節花粉碳細胞周圍水環境進而優化其水蒸發模式,而光吸收層兩側的能壘又可進一步增強熱能局域化作用,提高熱管理性能。所制備的光熱膜可以實現高達1.87kgm?2h?1的水蒸發速率。


研究者相信,此項研究對于分級空心結構和生物質碳材料在界面光熱水蒸發領域中的應用具有較好的啟發作用。該論文第一作者為海南大學材料科學與工程學院碩士研究生田程,通訊作者為南海海洋資源利用國家重點實驗室黃瑋老師,涂進春老師和曹陽老師。論文得到國家自然科學基金項目、海南省自然科學基金項目,海南省重點研發計劃等項目的支持。

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