Manglen på ferskvand er en stadig mere alvorlig udfordring for den sociale udvikling. Det rapporteres, at 29% af den globale befolkning mangler rent drikkevand, og efterspørgslen efter rent vand er stadig stigende på grund af befolkningstilvækst og miljøproblemer. Rent vand forbundet med sanitet er særligt vigtigt i forbindelse med det nuværende udbrud af coronavirus sygdom (Neocoronavirus lungebetændelse). Soldrevet vandfordampning anses for at være en af de mest lovende teknologier til at producere rent vand fra havvand og spildevand ved hjælp af sollys som eneste energiinput. Teknologien er stærkt afhængig af solfangere, der fungerer som fordampere til at omdanne solenergi til varme for at producere damp. For at opnå høje vandfordampningshastigheder og solvarmekonverteringseffektiviteter bør det ideelle materiale have en bred vifte af absorbans for effektivt at udnytte en stor del af solspektret, lav termisk ledningsevne til at undertrykke varmetab og tredimensionelle (3D) porøse kanaler til effektiv vandtransport. Hidtil har forskere udviklet forskellige fototermiske materialer baseret på kulstof (f.eks. grafen eller kulstofnanorør), polymerer, metaller og metaloxider og deres hybrider osv.
Forskere har arbejdet hårdt på at udforske og lave mange gennembrud i de seneste år, så lad os lære af adskillige aktuelle publikationer om forskningsfremskridt inden for fototermisk rentvandsproduktion i de seneste år.
- Nature Communications: Planteblade inspirerer til solcelledrevet, højeffektiv vandrenser
Bladene på naturlige karplanter er afhængige af forskelle i osmotisk tryk, transpiration og udskillelse for at producere tonsvis af rent vand, drevet af sollys. Inspireret af dette har forskere i Chun Lis gruppe på Qinghua University rapporteret en sollysdrevet renser til effektiv vandrensning og -produktion. Denne sollysdrevne renser har en negativ temperaturresponsiv poly(N-isopropylacrylamid) hydrogel (PN) forankret på en superhydrofil melaminskumrygrad og belagt med en PNIPAm-modificeret grafen (PG) filtermembran på ydersiden. Molekyldynamiske simuleringer og eksperimentelle resultater viste, at den superhydrofile natur af den relativt stive melaminrygrad signifikant accelererede hævelses-/afhævelseshastigheden for PNPG-F-renseren. Under den samme sollysintensitetsbestråling leverede denne rationelt konstruerede struktur 4.2 kg/m2/t opsamling og > 99% ionfjernelse for en enkelt PNPG-F fra en saltlagetilførsel gennem de synergistiske effekter af fordampning og dryptilsætning. Forfatteren forudser store potentielle anvendelser for dette yderst effektive sollysdrevne system i forskellige vandbehandlingsapplikationer. Undersøgelsen blev offentliggjort som en artikel med titlen “Plant leaves inspired sunlight-driven purifier for high-efficiency clean water production” i undertidsskriftet Nature Communications.
- Videnskabens fremskridt: Meget hydrerbare polymernetværk af lysabsorberende hydrogeler til solvandsrensning
Solvandsfordampning til vandrensning er en lovende teknologi til ferskvandsproduktion. Generering af soldamp er imidlertid energikrævende, hvilket resulterer i lav vandproduktion under naturligt dagslys. Derfor er der et stort behov for at udvikle nye materialer, der kan reducere energibehovet til vandfordampning og fremskynde solvandsrensning. Professor Guihua Yus gruppe i Austin, Texas, USA, rapporterede om en meget hydreret lysabsorberende hydrogel (h-LAH) sammensat af polyvinylalkohol og chitosan som hydreringsrygraden og polypyrrol som lysabsorberen, som kan bruge mindre energi (< 50 % af vandvolumenet) til at fordampe vand. Det blev påvist, at en forøgelse af hydreringskapaciteten af h-LAH kan ændre vandtilstanden og delvist aktivere vand og derved lette vandfordampningen. h-LAH øgede soldampproduktionen til en rekordhastighed på ~3.6 kg/m2/h i 1 sol. h-LAH-baseret solvandfordampning udviste også langtidsholdbarhed og antifouling-egenskaber mod komplekse ioniske kontaminanter. Forskningen blev offentliggjort i et papir med titlen "Planteblade inspireret sollys-drevet renser til højeffektiv produktion af rent vand" i Science undertidsskriftet Science Advances.
- Angew: COF materialer med superhydrofilicitet og bred bølgelængde lysabsorption til fototermisk vandfordampning
Den iboende hydrofobicitet og begrænsede lysabsorption af porøse organiske polymerer, især i det nær-infrarøde (NIR) område, er to flaskehalse, der hindrer deres anvendelse i solar steam generation (SSG). Forskere i Xiaoli Yans gruppe ved Jilin University har udviklet en kovalent organisk ramme (COF) baseret på 1,4,5,8 tetrakis(phenylamino)anthracene-9,10-dion (TPAD) (TPAD-COF), som er karakteriseret ved superhydrofilicitet og bred lysabsorption, der dækker SSG fra hele den NIR UV-visible region. TPAD-COF, som et effektivt fototermisk konverteringsmateriale uden nogen tilsætningsstoffer, udviser fremragende vandfordampning på 1.42 kg/m2/h og opnår en høj energikonverteringseffektivitet på 94 % under én solintensitetsbestråling. En yderligere udvidelse af det TPAD-baserede COF-lysabsorptionsområde blev opnået ved postsyntetisk modifikation af chelaterede BF2-molekyler. Systematiske kontroleksperimenter og analyser bekræfter, at hydrofiliciteten af det fototermiske omdannelsesmateriale spiller en mere dominerende rolle i de nuværende TPAD-baserede COF'er, der anvendes til fototermisk vandfordampning. Forskningsarbejdet, med titlen "Superhydrophilic2D Covalent Organic Frameworks as Broadband Absorbers for Efficient Solar Steam Generation," blev offentliggjort i det internationale toptidsskrift Angewise. Værket blev offentliggjort i det internationale toptidsskrift Angew. Chem. Int. Ed.
- JACS: Hydrofil-hydrofob dual-region COF/graphene hydrogel til fototermisk vandfordampning
Solvandsfordampning er en bæredygtig vandbehandlingsteknologi, der kan hjælpe med at afhjælpe den globale vandknaphed. Denne teknologi står dog over for store udfordringer på grund af vandfordampningens høje energiforbrug og lave fordampningshastighed. Gruppen af prof. Arne Thomas ved det tekniske universitet i Berlin, Tyskland, rapporterer om en kovalent organisk ramme (COF)/grafen dual-region hydrogel, der indeholder både hydrofile og hydrofobe regioner i ét materiale gennem en simpel in situ vækststrategi. Den hydrofile COF dækker en del af den hydrofobe grafenregion. Ved præcis kontrol af de to befugtningsområder viser hybridhydrogelen effektiv lyshøst, justerbar befugtning, optimeret vandindhold og reduceret energibehov til vandfordampning. Som solfanger opnår dual-region hydrogelen en dampgenereringshastighed på op til 3.69 kg/m2/h for 1 solbestråling (1kw/m2), hvilket er sammenligneligt med andre avancerede materialer. Derudover kan denne hydrogelfordamper bruges til at producere drikkevand fra havvand og spildevand, hvilket viser potentialet ved vandbehandling. Forskningsarbejdet blev offentliggjort i tidsskriftet JACS som "A Covalent Organic Framework/Graphene Dual-Region Hydrogel for Enhanced Solar-Driven Water Generation", JACS, et internationalt toptidsskrift.
- Videnskabens fremskridt: Åkandebladstruktur-inspireret højeffektiv fototermisk vandfordamper
I de senere år har generering af grænsefladesoldampe vist et stort potentiale for at opnå høj energikonverteringseffektivitet til afsaltning og spildevandsbehandling. Høje fordampningshastigheder kan dog ikke opretholdes på grund af den tilsyneladende uundgåelige ophobning af tilsmudsning eller salt på solfangeren. Nedbrydningen accelereres, når koncentrationen af opløst stof stiger. For at løse dette problem har Prof. Jia Zhus gruppe ved Nanjing University, inspireret af strukturen af åkandeblade, designet en flertrinsstruktur (Water-lily-inspired Hierarchical Structure (WHS) photothermal-vapor konverteringsanordning, som kan opnå 80% fototermisk konverteringseffektivitet, når man behandler 10 vægt% af højt koncentreret saltvand og 30% af saltvand, der er værd at bruge. den fototermiske konverteringseffektivitet falder ikke væsentligt under behandlingen af højt koncentreret saltlage og spildevand, indtil fordampningen er fuldstændig (dvs. "nuludledning"), og overfladen forbliver ren i Science Advance under titlen "A Water-lily-inspired Hierarchical Design for Stable and Efficient Solar Evaporation of High Salinity Brine".
- Nanoenergi: Molybdændisulfid til fototermisk vandfordampning
Forskere i Lifeng Wans gruppe på Deakin Universitys Institute for Frontier Materials har udviklet en række heterostrukturer bestående af overgangsmetaldisulfid og nitrogenrige nitrid til fordampning af solvand via delvis krystaltransformation. Især udviser disse avancerede 2D-heterostrukturer forbedret spektral absorption i det infrarøde område og fremragende kemisk stabilitet i forskellige opløsninger, herunder vand, syrer og baser. Endnu vigtigere er det, at MoS2-Mo5N6/melaminskum ( MF) solvarmeanlægget på grund af den forbedrede spektrale absorptionsintensitet og det reducerede varmetab udviser en høj fordampningshastighed (2.31 kg m-2h-1) og konverteringseffektivitet (106.6%), hvilket er 1.4 og 4.7 gange højere end henholdsvis MoS2/MF- og MF/vand-solvarmeanlæg. Dette arbejde leverer en række avancerede 2D-2D TMD'er-nitrogenrige nitrid-heterostrukturer med fremragende fototermisk ydeevne til generering af solvand. Dette arbejde blev offentliggjort i Nano Energy, et førende internationalt tidsskrift, som “Advanced 2D-2D heterostructures of transition metal dichalcogenides and nitrogen-rich nitrides for solar water generation”.
Solar fototermisk vandfordampningsteknologi forventes at løse den globale mangel på rent vand, hvad der skal løses nu er den lave pris forberedelse af fototermiske materialer, højeffektiv drift, såvel som stabiliteten og transportabiliteten af brug i praktiske anvendelsesmiljøer, ser frem til flere resultater i fremtiden til gavn for hele menneskeheden!
For mere information om melaminskum, kontakt os venligst på [email protected] eller send os en telefonsvarer: +86-28-8411-1861.
Nogle billeder og tekster er gengivet fra internettet, og ophavsretten tilhører den originale forfatter. Hvis der er nogen overtrædelse, bedes du kontakte os for at slette.