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東華大學朱美芳院士、陳志鋼教授團隊 Prog. Mater. Sci. 綜述:用于太陽能驅動海水淡化的光熱織物
2025-01-09  來源:高分子科技

  東華大學朱美芳院士、陳志鋼教授團隊基于光熱織物在太陽能海水淡化方面表現出的潛力,近期在Progress in Materials Science (IF=33.6)期刊上發表了題為“Photothermal fabrics for solar-driven seawater desalination”的綜述文章。該文章由東華大學材料科學與工程學院博士生胡金晶擔任第一作者,陳志鋼教授為通訊作者,朱美芳院士和南京大學朱嘉教授共同指導下完成。研究得到了國家重點研發計劃項目(2022YFB3804902, 2022YFB3804900)和國家自然科學基金項目(52161145406,42376045)的支持。


光熱織物:驅動未來的太陽能海水淡化革命


金芒巧織熱紋裳,煙升慢散化瓊漿。

細密纖絲傳水速,特殊紋絡鎖能強。

高轉化能驅鹵苦,長持效力解干荒。

科技融材興百業,凈涓直濟眾生長。


圖1. 光熱織物在太陽能海水淡化應用的優勢


  隨著城市化、工業化、人口增長和氣候變化的加劇,全球淡水需求不斷攀升,淡水資源危機日益嚴峻。在全球水資源中,海水占比高達96%,覆蓋地球表面的75%,是儲量最豐富、分布最廣的水源。然而,如何將這一巨大的資源轉化為可用淡水,仍是亟待解決的核心課題。傳統海水淡化技術高度依賴化石燃料和電力等高級能源,不僅成本高昂,還帶來嚴重的環境挑戰。在此背景下,太陽能驅動的海水淡化技術脫穎而出,以其可再生性、生態友好性和巨大潛力,成為解決淡水資源與能源危機的理想選擇。


  這篇綜述文章聚焦于光熱織物在太陽能海水淡化中的應用,系統總結了光熱織物的制備策略、基于光熱織物的蒸發器設計,以及多功能蒸發系統的最新進展。光熱織物因其資源豐富、成本低廉、比表面積大、用途廣泛、結構可調及優異的柔韌性,展現出在太陽能蒸發技術中的獨特優勢:(1)粗糙紋理表面有助于陽光的多次吸收,提高光熱轉化效率;(2)復雜纖維結構帶來高比表面積,顯著增強蒸發過程中水與空氣的接觸界面;(3)可調親水性和毛細作用協同優化,確保蒸發過程中海水的持續供應;(4)高度柔性適配多種蒸發器結構;(5)低成本和可規;a的特性,賦予其在大規模海水淡化中的廣闊潛力。


2. (a)結合光熱材料的織物光熱轉換機理:表面等離子體共振(SPR) (b)、電子-空穴對非輻射弛豫(c)和分子熱振動(d)


3. 基于光熱織物所構建的典型太陽能蒸發系統


  文章詳細整合了光熱織物的制備技術,包括表面改性、高溫碳化、靜電紡絲、氣噴紡絲和結構編織等方法,同時探討了超結構光熱織物在廣譜光吸收和水分傳輸中的關鍵設計要素。此外,文章重點介紹了光熱織物蒸發器的多樣化結構設計,包括漂浮型、翻轉型、三維隔離型、懸掛型和向光斜掛型蒸發器,并深入剖析了其在光吸收增強、熱損失控制和抗鹽結晶方面的結構-功能關系。


4. 多功能太陽能蒸發系統—催化、發電和鹽漬土修復。


  更為重要的是,作者詳細介紹并展望了太陽能驅動海水蒸發系統的跨領域應用,包括催化、發電以及鹽漬土修復等,展示了這一技術在解決淡水匱乏、能源短缺和環境污染等復雜挑戰中的多重潛力。通過光熱織物的創新設計、太陽能蒸發器的優化構建以及多功能特性的融入,太陽能蒸發系統的效率已可突破90%,為淡水資源開發提供了顛覆性解決方案。


  作者在文章中強調,光熱織物在太陽能海水淡化領域具有廣闊的應用前景和重要的研究價值。同時,他們也深刻分析了光熱織物及其相關蒸發器在產業化過程中面臨的機遇與挑戰,為未來的技術發展和研究方向提供了清晰的指導。這項工作無疑將推動太陽能驅動海水淡化技術邁向新的高峰,為全球水資源可持續管理注入強勁動力。


  論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2024.101407

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(責任編輯:xu)
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