介面太陽能蒸發作為一種很有前途的解決水資源短缺的技術，自2014年首次提出以來，受到了廣泛的關注。近年來，透過系統設計和介面工程，介面太陽能蒸發器的蒸發效率已接近100%。然而，由於受蒸發焓的限制，這類蒸發器在1個太陽照射下的蒸發率一直低於1.47 kg m−2 h−1 (熱力學蒸發極限)。近年來，人們提出了許多新的設計方案，以獲得更高的蒸發率。介面太陽能蒸發作為解決水資源短缺和水汙染問題的一種很有前途的方法，受到了越來越多的關注。然而，較低的蒸發速率限制了它的實際應用。降低蒸發焓是提高蒸發速率的最有效途徑之一。
來自浙江大學的學者在親水碳布上的聚吡咯奈米陣列表面發現並觀察到了微彎月形和微液滴(MMD)，其中MMDs可以降低體系的蒸發焓，在1個太陽的光照下，純水中的蒸發速率最高可達2.16 kg m−2 h−1。動力學計算表明，MMDs的蒸發速率至少是平板液體薄膜的1.7倍和1.8倍。在日照下，MMDs蒸發器可以在10.0 wt% NaCl溶液(模擬海水和實際廢水)中連續72h穩定蒸發，蒸發速率分別為1.86、1.99和1.82 kg m−2 h−1。據瞭解，這些蒸發率是在高鹽度滷水或廢水中報道的2D介面太陽能蒸發器的最高值。本工作為設計低蒸發焓、高蒸發效能的蒸發器提供了一條新的途徑。相關文章以“Enhanced Interfacial Solar Evaporation through Formation of Micro-Meniscuses and Microdroplets to Reduce Evaporation Enthalpy”標題發表在Advanced Functional Materials。
論文連結：
https://doi.org/10.1002/adfm.202108586
圖1.a)CC、b)CC-PPy薄膜和c)CC-PPy陣列的SEM影象。d)以p-TsOH為模板在CC上沉積PPy陣列的工藝流程。e)傅立葉變換紅外光譜和f)測量CC、CC-PPy薄膜和CC-PPy陣列的XPS光譜。
圖2. a） CC、CC-PPy薄膜和CC-PPy陣列的光吸收。以純水為對照，基於CC、CC-PPy薄膜和CC-PPy陣列的蒸發器在1個太陽下的蒸發效能：b）表面溫度變化曲線。c） 基於CC-PPy陣列的蒸發器照片。d）質量變化曲線作為時間的函式。e） DSC曲線。基於CC-PPy陣列的蒸發器在不同太陽輻照下的蒸發效能：f）照明過程迴圈中的表面溫度變化（太陽輻照下15分鐘，黑暗中5分鐘形成一個迴圈）。g）紅外照片。h） 質量變化曲線作為時間的函式。i） 蒸發效率。
圖3.CC、CC-PPy和CC-PPy陣列的表面a)處於乾燥狀態，b)處於潮溼狀態。c)半徑為5µm的半月面上各點的理論蒸發通量，以平坦的液麵為對照。d)不同尺寸微滴的理論蒸發速率。e)CC-PPy陣列的蒸發機理。
圖4.基於CC-PPy陣列的流動太陽能蒸發器的結構和蒸發效能。a)流動太陽能蒸發器和b)傳統太陽能蒸發器的結構圖。c)流動太陽能蒸發器和d)傳統太陽能蒸發器在10.0 wt% NaCl溶液中的蒸發率。e)流動太陽能蒸發器在不同鹽度的氯化鈉溶液中的蒸發率。
圖5.基於CC-PPy陣列的流動太陽能蒸發器的實際應用。a)蒸發器在模擬海水和10.0 wt% NaCl溶液中的蒸發速率。b)模擬海水、10.0 wt% NaCl溶液及相應配製的蒸餾水中的離子濃度。c)蒸發器的脫鹽率和其他海水淡化技術。d)工業印染廢水中蒸發器的蒸發速率。
本工作以CC-PPy陣列為例，證明了MMDS可以加速蒸發過程。當製備的CC-PPy陣列吸附水時，出現許多直徑在1-5µm左右的微彎月面和直徑小於1µm的微滴。實驗方法和理論計算都證實了這些MMD降低了CC-PPy陣列的蒸發焓，進而提高了陣列的蒸發速率。結果表明，CC-PPy陣列具有較低的蒸發焓(1.51 mJ kg−1)，作為吸收體，在1min的太陽照射下蒸發速率高達2.16 kg m−2 h−1。最後，本文必須指出，在深入探討微尺度的傳熱傳質機理後，CC-PPy陣列和其他多孔材料的蒸發效能還有可能進一步提高。（文：SSC）
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。歡迎轉載請聯絡，未經許可謝絕轉載至其他網站。
