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Nature子刊:破纪录,太阳光淡化海水突破!

原标题:Nature子刊:破纪录,太阳光淡化海水突破!

第一作者:Fei Zhao, Xingyi Zhou

通讯作者:Ronggui Yang, Liangti Qu, Guihua Yu

第一单位:德州大学奥斯汀分校(美国)

作为目前最具前景的可再生清洁能源之一,太阳能主要用途可以分为两大类。第一类是光-电转化,譬如太阳能电池。第二类就是光-热转化,包括海水淡化、污水处理、居民热源等领域。

问题在于:现有太阳能驱动的水蒸发过程中,太阳能利用率偏低,聚光附件较贵,导致整体效率低下,成本偏高,难以实用化。

为了实现高效率太阳光蒸发水实验,各国研究小组尝试好了各种办法。2016年,南京大学朱嘉课题组基于三维组装的多孔铝纳米薄膜的等离激元增强性能,可以在200-2500 nm超广范围内吸收光子。这种全谱中96%的光都能吸收的黑金材料,实现了90%的光-热转化效率。同在2016年,MIT Gang Chen课题组基于水-气界面隔热材料和吸光材料的设计,在不需要昂贵附件的条件下实现了热浓缩,太阳光可以直接转化为100℃蒸汽。

1. 太阳光驱动海水淡化示意图

Zhou, L. et al. 3D self-assembly of aluminium nanoparticles for plasmon-enhanced solar desalination. Nat. Photon. 2016, 10, 393–398.

2. 太阳光驱动水蒸发示意图

Ni, G. et al. Steam generation under one sun enabled by a floating structure with thermal concentration. Nat. Energy 2016, 1, 16126.

有鉴于此,美国德州大学奥斯汀分校的Guihua Yu课题组、北京理工大学Liangti Qu以及美国科罗拉多大学Ronggui Yang课题组通力合作,发展了一种多级次纳米凝胶材料,可以实现更高效的太阳光蒸发水,进行海水淡化!

3. 图片制作示意图

这种纳米凝胶材料由PVAPPy组成,两者是单独的太阳能水汽蒸发模块。由这种纳米凝胶材料从太阳能光中转化的能量可以将PVA网络分子级孔道中的水分实时气化,然后从凝胶骨架中蒸发出来。

4. 蒸汽生产

测试表明,浮动的纳米凝胶材料打破现有记录,实现了3.2 kg m-2 h-1的转化速率。(1 sun94%)。每个平方的纳米凝胶材料可以实现每天蒸发纯化18-23升卤水。

5. 室外自然光条件下蒸汽生产

研究人员认为,之所以能实现如此高的水蒸发速率,主要得益于在太阳光照射下,分子级网孔中水蒸发的潜热大幅降低。

总之,这项研究为海水淡化和废水处理带来了全新的解决方案,也进一步提升了太阳能的应用价值!

Fei Zhao, Ronggui Yang, Liangti Qu, Guihua Yu et al. Highly efficient solar vapour generation via hierarchically nanostructured gels. Nature Nanotechnology 2018.返回搜狐,查看更多

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