由于人口增長、氣候變化和經(jīng)濟發(fā)展等因素，清潔淡水的稀缺已成為人類面臨的重大挑戰(zhàn)。海水淡化和廢水凈化技術，如膜分離和熱蒸餾，面臨成本高和能效低的挑戰(zhàn)。太陽能驅動的界面水蒸發(fā)是一種可持續(xù)的方法，通過低溫蒸發(fā)從海水和廢水中提取清潔水。然而，其在淡化和凈化方面的實際應用受到蒸發(fā)率低的限制。通常通過對光熱轉化材料的設計以及蒸發(fā)器骨架的優(yōu)化來打破這一限制。
迄今為止，已經(jīng)開發(fā)了眾多光熱轉化材料，其中，具有豐富來源的碳基材料的綠色和無毒特性使它們成為極佳選擇。除了光熱轉化材料外，蒸發(fā)器骨架也是太陽能蒸汽發(fā)生的關鍵部分。氣凝膠高度內(nèi)置的多孔結構增加了蒸發(fā)器的表面粗糙度，提高了光吸收。此外，氣凝膠的互連多孔網(wǎng)絡和親水基團通過毛細作用實現(xiàn)快速的水傳輸，防止連續(xù)蒸發(fā)過程中的鹽聚集，實現(xiàn)鹽耐受性。更重要的是，基于聚合物氣凝膠的蒸發(fā)器的獨特分層納米結構和可調(diào)節(jié)的親水/疏水功能團可以降低與散裝水相比的氫鍵相互作用，顯著降低蒸發(fā)焓，提高相同太陽能輸入下的蒸發(fā)率。然而，同時實現(xiàn)高水分傳輸性、機械性能和光-蒸汽轉化效率的蒸發(fā)器一直是個難題。
針對上述難題問題，南京工業(yè)大學化工學院、材料化學工程國家重點實驗室陳蘇教授團隊通過在二氧化硅氣凝膠上原位生長聚吡咯，并使用海藻酸鈉交聯(lián)固化以塑型制備了具有高抗壓性能（4.13 MPa）的堅固多孔蒸發(fā)器。其中二氧化硅氣凝膠作為骨架，形成具有保溫性能的三維多孔互連結構，而負載的聚吡咯因其在全光譜范圍內(nèi)良好的光吸收能力作為光吸收材料。得益于三維多孔結構、高效的光吸收能力和聚合物網(wǎng)絡結構中降低的蒸發(fā)焓的協(xié)同效應，蒸發(fā)器在1 kW m-2的光強下輕松實現(xiàn)了2.17 kg m-2 h-1的蒸發(fā)速率，對應于94.17%的光-蒸汽轉化效率。并且，該蒸發(fā)器的耐鹽性和長期穩(wěn)定性表明，它為從海水淡化中生產(chǎn)淡水提供了一個新途徑。
該研究成果于近日發(fā)表在國際重要刊物《Separation and Purification Technology》上。(Easy access to robust rigid SiO2-based photothermal aerogel for enhanced solar interfacial evaporation)。南京工業(yè)大學博士研究生王佳偉為第一作者。南京工業(yè)大學陳蘇教授、朱亮亮教授為共同通訊作者。
該課題得到了國家自然科學基金重點項目、國家重點研發(fā)計劃、國家青年自然基金、江蘇省特聘教授項目、江蘇省高等學校學術重點項目等基金的資助和支持。
中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會 中華人民共和國工業(yè)和信息化部 中華人民共和國應急管理部 中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部 中華人民共和國科學技術部 中華人民共和國財政部 中華人民共和國商務部 中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會
江蘇省發(fā)展和改革委員會 江蘇省工業(yè)和信息化廳 江蘇省財政廳 江蘇省生態(tài)環(huán)境廳 江蘇省科學技術廳 江蘇省商務廳 江蘇省應急管理廳 江蘇省市場監(jiān)督管理局 江蘇省統(tǒng)計局
北京市化學工業(yè)協(xié)會 天津市石油和化工協(xié)會 遼寧省石油和化學工業(yè)協(xié)會 內(nèi)蒙古石油和化學工業(yè)協(xié)會 重慶市石油與天然氣學會 河北省石油和化學工業(yè)協(xié)會 山西省化學工業(yè)協(xié)會 吉林省能源協(xié)會 黑龍江省石化行業(yè)協(xié)會 浙江省石油和化學工業(yè)行業(yè)協(xié)會 安徽省石油和化學工業(yè)協(xié)會 福建省石油和化學工業(yè)協(xié)會 江西省石油和化學工業(yè)協(xié)會 河南省石油和化學工業(yè)協(xié)會 湖北省石化行業(yè)協(xié)會 湖南省石油化學工業(yè)協(xié)會 廣東省石油和化學工業(yè)協(xié)會 海南省石油和化學工業(yè)行業(yè)協(xié)會 四川省化工行業(yè)協(xié)會 貴州省化學工業(yè)協(xié)會 云南省化工行業(yè)協(xié)會 陜西省經(jīng)濟聯(lián)合會 甘肅省石化工業(yè)協(xié)會 青海省化工協(xié)會
電話：協(xié)會：025-8799064 學會：025-86799482
會員服務部：025-86918841
信息部：025-86910067
傳真：025-83755381
郵箱：jshghyxh@163.com
郵編：210019
地址：南京市夢都大街50號東樓(省科技工作者活動中心)5樓
蘇公網(wǎng)安備 32010502010057號
備案號：蘇ICP備2026013520號-2 “堅決打贏禁毒人民戰(zhàn)爭”專欄—法律法規(guī)
電話：025-8799064
會員服務部：86918841
信息部：86910067
傳真：025-83755381
郵箱：jshghyxh@163.com
郵編：210019
地址：南京市夢都大街50號東樓(省科技工作者活動中心)5樓
電話：025-86799482
會員服務部：86918841
信息部：86910067
傳真：025-83755381
郵箱：jshghyxh@163.com
郵編：210019
地址：南京市夢都大街50號東樓(省科技工作者活動中心)5樓
