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西安交大科研人员在太阳能水处理领域取得重要进展

来 源:中华水网摘自网络   发布时间:2018-10-11 移动版

近年来,太阳能热蒸发海水淡化作为一种继反向膜和热电站余热蒸发之后的新型海水淡化技术,具有良好的经济性和可持续性,适用于中等规模的海水淡化厂,成为海水淡化领域的研究热点。目前高效的太阳能热蒸发结构主要集中在自漂浮的全亲水碳基材料上,然而在实际海水淡化过程中,全亲水结构受到海水的浸泡,一方面容易被侵蚀,另一方面水蒸发后容易在表面析出盐分,减弱了光的吸收、阻塞水蒸气逸出通道、降低蒸发效率甚至破坏蒸发结构,这些问题都限制了自漂浮蒸发结构的实际应用。

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疏水/亲水的双层蒸发结构

近日,西安交通大学阙文修教授课题组设计了一种疏水/亲水的双层蒸发结构。上层为多孔疏水的吸光材料,实现光热转换、提供水蒸气逸出通道,以及利用疏水效应阻止溶质在表面析出。下层为亲水的滤膜,利用其毛细作用供水以及作为蒸汽产生位点。采用商业化廉价的泡沫作为浮子和绝热层,利用无纺布类似灯芯的毛细作用向上面双层蒸发结构不断供水。这种双层结构设计同时兼备了全亲水结构蒸发快和全疏水结构阻盐的优点,克服了全亲水结构易受海水侵蚀和全疏水结构蒸发慢的缺点,实现了长期稳定的高盐度海水淡化和含染料重金属细菌污水纯化。该工作中,通过简单的一锅法合成出了疏水的Cu2SnSe3和Cu2ZnSnSe4多级结构微球作为光热转换材料,利用疏水/亲水的双层蒸发结构设计实现了在一个标准太阳下平均1.657 kg m-2h-1的水蒸发速率和86.6%的光热转换效率,并在连续15日工作后仍保持性能稳定。渤海、青海湖和茶卡盐湖水经蒸发后,含盐量全部下降到原来的0.5%以下,污水中的染料、重金属和高浓度细菌经蒸发后全部低于检测限。蒸发后的水质达到WTO的饮用水标准。该研究成果以“A general salt-resistant hydrophilic/ hydrophobic nanoporous double layer design for efficient and stable solar water evaporation distillation”为题在发表在国际材料领域著名期刊Materials Horizons(影响因子13.183)上。

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氟硅烷改性的疏水Ti3C2膜用于太阳能海水淡化

在前期工作的基础上,课题组仍然采用上述疏水/亲水的双层蒸发结构设计,通过采用氟硅烷对亲水材料进行表面改性,成功地将亲水的Ti3C2纳米片抽滤成疏水的膜,同样实现了优异稳定的太阳能海水淡化性能,拓展了双层蒸发结构对材料种类和表面的普适性。这种廉价适于大规模生产的蒸发结构设计,为太阳能海水淡化和污水净化提供了一种新思路。该研究成果以“Hydrophobic surface enabled salt-blocking 2D Ti3C2MXene membrane for efficient and stable solar desalination”为题在发表在国际材料领域著名期刊Journal of Materials Chemistry A(影响因子9.931)上。

电信学院电子陶瓷与器件教育部重点实验室、国际电介质研究中心博士生杨亚威分别为两篇论文的第一作者和共同第一作者,硕士生赵健秋为第二篇论文的第一作者,阙文修教授为两篇论文的通讯作者,西安交通大学为两篇论文的唯一通讯作者单位。参与该研究工作的还有电信学院尹行天副教授、前沿院杜亚平教授和雷波教授。该研究工作是阙文修教授课题组在太阳能转换领域多项研究成果发表在ACS Nano, Applied Catalysis B: Environmental,Journal of Materials Chemistry A等国际著名期刊后的又一突破性成果。

该研究得到国家自然科学基金面上项目、陕西省科技合作项目、国家111计划项目经费的支持。

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