基于光热有机小分子的太阳能界面蒸发技术研究进展

有机小分子光热材料具有结构可控、性质易调、功能多样等优势,近年来被开发用于光热界面水蒸发领域。鉴于此,本文综述了有机小分子材料在光热界面蒸发领域的研究进展。基于有机小分子光热转化增强策略,介绍了适合于该体系的分子结构特征。基于有机小分子可构建膜基、泡沫基、水凝胶基蒸发系统,对上述三类蒸发系统进行了分析和讨论。接着概述了蒸发系统在海水淡化、污水处理、水电联产等领域的应用。最后,对当前发展进行总结并提出所面临的挑战,以期为有机小分子基界面蒸发系统的设计和开发提供参考和借鉴。The photothermal organic small molecules have advantages such as controllable structure, easily tunable properties, and diverse functionalities. In recent years, they have been developed for applications in the field of solar-driven interface evaporation. Therefore, this paper reviews the research progress of organic small molecules based on photothermal interface evaporation systems. The molecular structure characteristics suitable for this system based on the enhanced photothermal conversion mechanism are introduced. Furthermore, three types of evaporation systems constructed using organic small molecules including membrane-based, foam-based, and hydrogel-based systems are analyzed. These systems are further discussed in terms of their potential applications in seawater desalination, wastewater treatment, and water-electricity cogeneration. Finally, the review concludes by summarizing the current developments and highlighting the challenges that must be addressed, which aims to provide references and insights for the design and development of organic small molecule-based interface evaporation systems.

聚乙烯醇载银海绵的制备及界面光热驱动水蒸发性能

利用光热材料的太阳能水蒸发技术是一种绿色、环保地解决淡水资源短缺的重要技术,但光热材料的制备成本、蒸发效率和热损失等因素限制了其推广应用.本文采用一锅法制备了聚乙烯醇载银海绵(AgNPs/PVA)太阳能界面蒸发器,并研究了AgNPs含量对AgNPs/PVA在太阳能驱动水蒸发过程中光热性能的影响.研究结果表明,当AgNPs的质量为PVA的10%时,制备的AgNPs/PVA在1 kW/m^(2)的太阳光强度下具有最优的蒸发速率,水蒸发速率可达1.62 kg‧m^(‒2)‧h^(‒1),为纯水(0.42 kg‧m^(‒2)‧h^(‒1))的3.9倍.本文制备的AgNPs/PVA具有制备工艺简单、亲水性能优良和蒸发性能良好的特点,在太阳能驱动水蒸发领域具有较大的应用前景.

界面光热转换水蒸发系统用纤维材料的研究进展

为缓解化石能源日益匮乏以及淡水资源短缺等问题,促进纤维材料在水资源利用方面的开发和应用,对以纤维材料为主要原料的界面光热转换水蒸发系统的最新研究进展进行综述。首先介绍了界面光热转换水蒸发技术的主要原理、发展历程和应用领域;然后分别分析了界面光热转换水蒸发系统中的光热转换材料和辅助材料,并以不同的功能作为切入点,详细阐述了纤维材料功能多样化、轻质、低成本和便于加工等特性,展示了其作为界面光热转换水蒸发系统主要原料的优异性能;最后针对在界面光热转换水蒸发系统中使用纤维材料所面临的挑战以及如何提升系统的实用性进行展望,希望能够推动纤维材料在界面光热转换技术中的广泛应用。

界面光热水蒸发用碳基纤维材料的研究进展

淡水资源日益匮乏已成为严峻的世界性难题。为了促进界面光热水蒸发系统的发展和碳基纤维材料在界面光热水蒸发领域的应用,本文对界面光水蒸发用碳基纤维材料的最新研究进展进行综述。首先介绍了界面光热水蒸发系统的设计原理,其次系统分析了不同碳基材料的光热转换机制和结构特点及纤维材料用于水蒸发系统的性能优势。并以不同碳基纤维材料为切入点,重点介绍了碳基纤维材料的制备方法、性能优势。最后对碳基纤维材料在界面光热水蒸发领域所面临的挑战进行了探究。

BiOBr/Bi复合光热粉体的制备及其界面光热驱动水蒸发性能

针对太阳能转化应用,溴氧化铋(BiOBr)光催化性能优异,但其光热性能及应用有待研究开发。首先采用水热法制备了BiOBr纳米片粉末,然后利用硼氢化钠(NaBH_(4))对BiOBr粉末进行化学还原。样品表征结果显示,随着硼氢化钠浓度增加,致密的BiOBr纳米片首先转变为BiOBr/Bi复合多孔纳米片,然后转变为金属Bi多孔纳米片。金属Bi及多孔结构的形成有助于提升材料的光吸收性能及比表面积。经过20 g·L^(-1)NaBH_(4)溶液还原得到的BiOBr/Bi多孔纳米片具有最优的光吸收性能和比表面积,且润湿性能优异。光热驱动水蒸发测试结果表明,20 g·L^(-1)NaBH还原得到的BiOBr/Bi复合多孔纳米片具有最优的光热驱动水蒸发性能,水蒸发速率可达2.18 kg·m^(-2)·h^(-1),为纯BiOBr纳米片的2倍。

水凝胶的制备及仿生设计在能源领域应用的研究进展

能源与环境问题是当前时代面临的一大课题,有效利用并储存能源,缓解一系列严峻的环境污染问题也是当前研究的热点,电化学储能、光催化、光热界面蒸发和水汽收集这些能源利用措施已经作为环保手段深入人类的生活。大自然作为一位天然的设计师为我们能够提供诸多灵感,自然界诸多生物、生命体系中特性、机制和结构均暗含着十分巧妙的奥秘。本文重点介绍了水凝胶在上述能源转换技术的应用。首先简单介绍了水凝胶这种新型高分子材料的特性、分类、合成等信息。然后,对电化学储能、光催化、光热界面蒸发等能源领域的先进技术及相应要求进行了简要介绍。电化学储能需要足够多的反应活性位点保证高效的能量转换,水凝胶比表面积大的特点能够为电化学储能提供更多反应位点,并且其良好的柔性和机械性能可以使能源转换装置适应更多应用环境。光催化、光热界面蒸发均需要优异的光吸收性能,且通过将热量集中于蒸发表面和调节蒸发水状态两种手段均能够有效增强光热界面蒸发性能。水凝胶具有多孔性,能够增强光强的多次反射,使光线被重复吸收,从而增强光吸收性能。合理选择含水化功能官能团的聚合物也能够调整水的状态,因而水凝胶的聚合物链对水的状态有着一定影响,通过调节水的状态降低水的蒸发焓,也能够提高光热蒸发性能。结合向大自然学习的仿生思想,仿生水凝胶已经经历了由简单的利用生物质成分,到结构仿生,再到目前的生物灵感启发型仿生3个过程,文章通过列举仿生水凝胶在能源和环境领域应用的具体实例,说明了将仿生和水凝胶相结合的前景及优势,为后续研究提供了新思路。最后,对仿生水凝胶今后的发展进行了总结和展望。

新型三维多孔光热材料制备及其高盐废水处理应用

高盐废水处理存在处理难度大和能耗成本高等问题.近年来发展的界面光蒸汽水处理技术以绿色、高效和低能耗等特点成为了目前水资源回收利用领域的研究热点.本研究以纤维状结构的碳化氮(h-CN)修饰石墨烯(r-GO),通过水热反应制备了新型三维多孔石墨烯复合材料(3D h-CN/r-GO),并以硝基苯和苯酚作为模拟污染物,考察了其光热蒸发处理高盐废水的性能.研究结果表明,所制备的3D h-CN/r-GO材料具备宽光谱吸收范围和多级孔道结构,并呈现出快速热响应的特点.在模拟太阳光照条件下,光蒸汽转化效率可达90.4%.并且在处理过程中可实现硝基苯和苯酚等常见挥发性污染物的吸附,其吸附容量分别为67.6 mg·g^-1和57.5 mg·g^-1.而且,3D h-CN/r-GO可实现长时间稳定的光热水体蒸发回收,且对污染物及盐分截留率高达98%左右,冷凝水体达到污水处理的排放标准.因此,本研究为高盐废水的低能耗和低成本处理提供了一种新的技术.