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厲害了，成都理工憑借"冰粉"，在國際頂刊EEM發(fā)了篇15.12分的論文！

來源：時(shí)間：2022-12-14 14:43:01 瀏覽：2434次

淡水資源緊缺是全世界面臨的重大問題，我國被列為世界上十三個(gè)貧水國之一。海水是生產(chǎn)淡水的主要來源，目前比較成熟的海水淡化方法有電滲析，多效蒸餾法和反滲透膜法。但這些方法需要大量電力、熱能或頻繁維護(hù)，且需要集中建廠與大型設(shè)備，使其技術(shù)成本高昂。近年來，太陽能界面蒸發(fā)技術(shù)（SIE）為低成本可持續(xù)淡水生產(chǎn)提供了新的可能性。它是利用太陽能驅(qū)動蒸發(fā)脫鹽過程，將蒸發(fā)界面與集熱界面同時(shí)定位在液體-空氣界面，避免將大量熱量用于體積水加熱。光熱材料需求量和熱損失的最小化能促使蒸發(fā)效率的最大化。這樣的創(chuàng)新克服了水蒸發(fā)能耗大與自然光輸入能量較少的不匹配。

近日，成都理工大學(xué)李小可研究員課題組與西安交通大學(xué)Omid Mahian教授合作，在國際頂級期刊Energy & Environmental Materials (EEM)（IF=15.12）上發(fā)表了題為“A Biomass‐Based Hydrogel Evaporator Modified Through Dynamic Regulation of Water Molecules: Highly Efficient and Cost‐Effective”的研究性文章，第一作者為成都理工大學(xué)碩士研究生羅伯秋。文中，作者從民間小吃“冰粉”獲取靈感，報(bào)道了一種高蒸發(fā)率、低成本的生物質(zhì)水凝膠蒸發(fā)器（NPH）并用于太陽能海水淡化。

內(nèi)容簡述

“冰粉”是一種天然的可食用生物質(zhì)多糖，源自于草本植物“假酸漿”的種子。作者將假酸漿種子中提取的假酸漿膠與常用的高分子材料聚乙烯醇（PVA）混合，采用原位聚合方法制備雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的生物質(zhì)水凝膠，再將太陽能吸收劑ppy引入水凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成NPH。研究表明，引入假酸漿膠，形成一種互穿“套孔”結(jié)構(gòu)的水凝膠，為水分子蒸發(fā)提供了更大的面積；增強(qiáng)水凝膠的彈性和輸水能力的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對凝膠內(nèi)部中間水含量以及界面的親水性能的調(diào)控。戶外實(shí)驗(yàn)表明，NPH的最大蒸發(fā)速率為3.51 kg m?2 h?1，能量效率高達(dá)97.89%。

為進(jìn)一步證明NPH的海水淡化性能，作者使用黃海海水樣品進(jìn)行了模擬光源脫鹽實(shí)驗(yàn)，并通過電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）評估凈化水的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，蒸餾水中四種成分鹽離子（Na+，Mg2+，K+和Ca2+）的濃度比海水降低了3個(gè)數(shù)量級（總含量≤1 mg/L）。同時(shí)作者還使用NPH對pH值為1~14的污水進(jìn)行了去污實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果顯示蒸發(fā)收集到的水pH呈中性，且TDS值達(dá)到國際衛(wèi)生組織規(guī)定的飲用水標(biāo)準(zhǔn)，證明了NPH在污水處理應(yīng)用中的可行性。

總而言之，NPH即使在高鹽度鹽水和廢水處理下，也能以每小時(shí)每平方米蒸發(fā)2.42 kg水的速率實(shí)現(xiàn)高達(dá)97%的太陽蒸發(fā)效率。在制備成本方面也優(yōu)于大多數(shù)報(bào)道的太陽能蒸發(fā)器。廉價(jià)的假酸漿既給水凝膠帶來了“套孔”結(jié)構(gòu)，又能增強(qiáng)輸水能力。實(shí)驗(yàn)證明，NPH在海水淡化，海鹽生產(chǎn)，廢水處理等各種實(shí)際應(yīng)用中具有巨大的潛力。

主要數(shù)據(jù)

圖1：水凝膠的制備流程

圖2：水凝膠的微觀結(jié)構(gòu)圖，紅外表征及其流變學(xué)特性

圖3：水凝膠的表面親水性；內(nèi)部結(jié)合水，自由水和中間水含量；水凝膠界面處的分子模擬模型示意圖

圖4：NPH水凝膠的界面光蒸發(fā)速率

圖5：NPH水凝膠的抗酸堿性與抗鹽特性

圖6：水凝膠的脫鹽能力與去污能力；自然光照條件下水凝膠的水處理能力

文章鏈接：

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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