【文章概述】

在人口增长、工业化和气候变化的多重推动下，水资源短缺问题已成为21世纪可持续发展面临的最严峻的全球挑战之一。为此，人们对海水淡化技术进行深入研究，但是大多数技术（反渗透）会产生大量废盐水。在实际中，这些卤水大部分直接排入海中或深井中，这可能对水生生态系统和陆地植被造成不利影响。因此，零液体排放 (ZLD) 被广泛接受为海水淡化过程的最终目标。为实现这一目标，盐水需要在进入结晶过程之前浓缩至接近饱和。然而，由于缺乏进一步浓缩卤水的节能且具有成本效益的技术，这阻碍了ZLD的大规模实施。虽然界面太阳能蒸汽发电技术由于其能量转换效率高和对高浓度盐水的适用性而在盐水处理中受到越来越多的关注。但是由于盐污染问题，保持高性能仍具有挑战性。

【成果简介】

莫纳什大学化学工程系的张希旺教授团队提出了一种重力驱动的盐分排泄的新型盐管理方法，该方法在不破坏高蒸发效率的情况下实现了长期稳定性。经过实验验证，该系统的材料有优异的性能。光吸收率高达到97.46%，蒸发器的水分蒸发率高达1.35 kg m ^-2 h ^-1，是开放水域（0.19 kg m ^-2 h ^-1）的7.11倍，防污性能和排盐连续脱盐性能更是突出。同时也具有盐卤浓缩性能可调的特性。这项工作将太阳能蒸汽技术推向了实际应用，例如盐水浓缩和资源回收。该材料符合奇材馆理念，后续开发值得期待！

【图文导图】

图1(A)具有排盐机构的整个装置示意图。

源水从边缘被吸收到蒸发器以驱动定向溶液流动。

(B)蒸发器部件及溶液输送路径示意图。

图2材料表征图。

(A) PVA布的横截面。

(B) PVA布的俯视图。

(c)微纤维和PVA组合的放大视图。

(d-e) PVA聚合物包覆微纤维和 CB包覆PVA聚合物和纤维的SEM图像。

(F) PVA布上CB结构的SEM图像。

(G、I)分别在0、0.04和0.08 s时水与原始PVA布接触的照片

图3蒸发器的光热性能。

(A)原始PVA布、CB涂覆PVA布和湿PVA布的透射率、(B)反射率和(C)吸收率。

(D)平衡后干燥装置在一太阳下的热像。

(E)干、湿装置在同一太阳下的温度变化曲线。

(F)平衡后湿装置在一太阳下的热像。

图4太阳能脱盐装置的性能。

(A)测量太阳蒸发性能的实验装置。

(B) 在黑暗条件下有和没有设备的系统的重量损失曲线。

(C)  在一个太阳下有和没有设备的系统的重量损失曲线。

(D)源溶液和采出水的盐度

图5盐排泄性能。

(A-H)蒸发器在同一太阳下喷出盐0、1、2、3、4、5、6、7 h后的照片。

图6排盐蒸发器与常规2D蒸发器积盐性能比较。

(A)排盐2D路径蒸发器与常规2D路径蒸发器的蒸发速率变化情况。

(B)排盐蒸发器的排盐示意图。

(C)连续运行24 h排盐2D路径蒸发器(带尾)照片。

 (D)常规2D路径蒸发器中盐的积累示意图。

(E)常规2D路径蒸发器(无尾)连续运行24小时后的照片。

图7可调节的盐水浓缩性能。

(A)浓缩各种饲料卤水浓度的可行性。

(B)通过改变光强来调节蒸发速率和浓缩性能。

(C)通过改变螺纹长度来调节滴液速率和浓缩性能。

(D)无阳光照射时装置的温度分布。

(E)沿着A线的温度分布;

(F)通过改变螺纹直径和长度来调节无阳光下的出口浓度和滴水率

【奇材馆点评】

总之，作者为我们展示了一种通过控制盐分排泄来保持二维路径太阳能蒸发器长期稳定性的新方案。由于出色的光热性能和承压水路径的热管理，实现了高效的太阳能脱盐。通过在蒸发器中心插入棉线，将浓缩盐水沿定向液流排出，解决了盐垢问题。同时该系统可同时生产清水和高浓度盐水，证明了其在降低海水淡化盐水体积和超高水回收率方面的潜在应用前景。由于其浓缩性能可调，该方法适用于浓度范围广的卤水。该工作为高效连续太阳能蒸发器的设计提供了新的思路，推动了太阳能水处理技术向实际应用的方向发展，期待未来的进展。

【论文信息】

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