中科院化學研究所宋延林課題組利用3D打印技術構造高效海水淡化結構

時間:2020-04-02 10:29來源:中科院化學研究所

  利用太陽能進行海水淡化具有重大的應用前景。為提高海水淡化速率和提高能源利用效率,研究人員提出了利用新型光熱轉換材料降低熱損耗、構筑有效的水/蒸汽傳輸界面,以及提高光熱轉換材料的耐用性等策略。然而,目前的海水淡化裝置能耗較高,海水淡化的效率、耐久性均有待提高,尤其是鹽度升高后的持續淡化仍然是一個巨大挑戰。  

  最近,在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的大力支持下,中科院化學所綠色印刷重點實驗室科研人員在前期構建的快速連續3D打印體系Research, 2018, 2018, 4795604基礎上,研究人員與美國麻省理工學院的Nicholas Fang教授課題組合作,利用3D打印技術構造了三維錐形不對稱結構蒸發體系,在高鹽度下實現了高效太陽能利用和高速水蒸發。為實現高效的光熱轉換和海水蒸發,通過有效熱管理實現高效水傳輸和蒸發至關重要。研究表明:所設計的3D錐形結構表面可以束縛梯度厚度的水膜,同時3D蒸發器的不同高度對太陽光的吸收不同,導致水的蒸發存在蒸發梯度,主要的蒸發位點為3D結構的頂部,因此水膜沿3D結構的側壁呈現溫度梯度,并由于馬蘭戈尼效應使水流向更快的蒸發區域,從而顯著提高水蒸發速率和能量的利用效率。高鹽度水蒸發時,水膜厚度梯度和蒸發場梯度導致3D結構表面存在鹽的濃度梯度和頂部鹽結晶特征,結晶的鹽很容易去除,因而可以連續工作。該系統的海水淡化速率達1.72 kg m-2 h-1,有很強的應用前景。該研究成果近日發表于Nat. Commun., 2020, 11, 521上,通訊作者是宋延林研究員,第一作者是吳磊博士。 

   

  1. 3D蒸發器的制備,3D蒸發梯度及頂部鹽結晶性質 

注:本文章轉載自中科院化學研究所,不代表本網觀點立場。

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