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厉害了,成都理工凭借"冰粉",在国际顶刊EEM发了篇15.12分的论文!
来源: 时间:2022-12-14 14:43:01 浏览:1143次

淡水资源紧缺是全世界面临的重大问题,我国被列为世界上十三个贫水国之一。海水是生产淡水的主要来源,目前比较成熟的海水淡化方法有电渗析,多效蒸馏法和反渗透膜法。但这些方法需要大量电力、热能或频繁维护,且需要集中建厂与大型设备,使其技术成本高昂。近年来,太阳能界面蒸发技术(SIE)为低成本可持续淡水生产提供了新的可能性。它是利用太阳能驱动蒸发脱盐过程,将蒸发界面与集热界面同时定位在液体-空气界面,避免将大量热量用于体积水加热。光热材料需求量和热损失的最小化能促使蒸发效率的最大化。这样的创新克服了水蒸发能耗大与自然光输入能量较少的不匹配。


近日,成都理工大学李小可研究员课题组与西安交通大学Omid Mahian教授合作,在国际顶级期刊Energy & Environmental Materials (EEM)(IF=15.12)上发表了题为“A Biomass‐Based Hydrogel Evaporator Modified Through Dynamic Regulation of Water Molecules: Highly Efficient and Cost‐Effective”的研究性文章,第一作者为成都理工大学硕士研究生罗伯秋。文中,作者从民间小吃“冰粉”获取灵感,报道了一种高蒸发率、低成本的生物质水凝胶蒸发器(NPH)并用于太阳能海水淡化。




内容简述

“冰粉”是一种天然的可食用生物质多糖,源自于草本植物“假酸浆”的种子。作者将假酸浆种子中提取的假酸浆胶与常用的高分子材料聚乙烯醇(PVA)混合,采用原位聚合方法制备双网络结构的生物质水凝胶,再将太阳能吸收剂ppy引入水凝胶的网络结构形成NPH。研究表明,引入假酸浆胶,形成一种互穿“套孔”结构的水凝胶,为水分子蒸发提供了更大的面积;增强水凝胶的弹性和输水能力的同时,实现对凝胶内部中间水含量以及界面的亲水性能的调控。户外实验表明,NPH的最大蒸发速率为3.51 kg m−2 h−1,能量效率高达97.89%。


为进一步证明NPH的海水淡化性能,作者使用黄海海水样品进行了模拟光源脱盐实验,并通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)评估净化水的质量。实验结果表明,蒸馏水中四种成分盐离子(Na+,Mg2+,K+和Ca2+)的浓度比海水降低了3个数量级(总含量≤1 mg/L)。同时作者还使用NPH对pH值为1~14的污水进行了去污实验,研究结果显示蒸发收集到的水pH呈中性,且TDS值达到国际卫生组织规定的饮用水标准,证明了NPH在污水处理应用中的可行性。


总而言之,NPH即使在高盐度盐水和废水处理下,也能以每小时每平方米蒸发2.42 kg水的速率实现高达97%的太阳蒸发效率。在制备成本方面也优于大多数报道的太阳能蒸发器。廉价的假酸浆既给水凝胶带来了“套孔”结构,又能增强输水能力。实验证明,NPH在海水淡化,海盐生产,废水处理等各种实际应用中具有巨大的潜力。





主要数据

图1:水凝胶的制备流程

图2:水凝胶的微观结构图,红外表征及其流变学特性

图3:水凝胶的表面亲水性;内部结合水,自由水和中间水含量;水凝胶界面处的分子模拟模型示意图

图4:NPH水凝胶的界面光蒸发速率

图5:NPH水凝胶的抗酸碱性与抗盐特性

图6:水凝胶的脱盐能力与去污能力;自然光照条件下水凝胶的水处理能力

文章链接:

Luo, B., Wen, J., Wang, H., Zheng, S., Liao, R., Chen, W., Mahian, O. and Li, X. (2022), A biomass-based hydrogel evaporator modified through dynamic regulation of water molecules: highly efficient and cost-effective. Energy & Environmental Materials.


https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eem2.12353




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全部 3小时前 四川
文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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