【儀表網 研發快訊】近日，我校化學工程學院23級本科生鐘婧宇以第一作者身份在高水平期刊ACS Applied Materials & Interfaces發表太陽能界面蒸發器設計應用的研究論文“Integrated Conical Hydrogel Evaporator for High Salinity Brine Solar Evaporation and Zero Liquid Discharge”。該論文依托大學生創新訓練計劃“錐形水凝膠蒸發器定向積鹽原理與高效鹽回收”，實現了本科生科研創新與實踐能力的全方位培育。2023級本科生鐘婧宇和2024級博士生張赫為共同第一作者，吉俊懿教授和田文高級實驗師為共同通訊作者，四川大學化學工程學院為論文唯一通訊單位。
隨著全球人口持續增長和工業化進程加速，淡水短缺問題已成為制約可持續發展的關鍵因素。因此，開發高效便捷、低能耗低成本的海水淡化技術具有重要的現實意義。太陽能驅動的界面蒸發是一種新興的水處理技術，利用界面蒸發材料捕獲太陽輻射并轉化為熱能，可最大限度提高水蒸發效率。然而，蒸發界面處高鹽度鹽水的快速濃縮會導致鹽分在界面處析出，進而堵塞蒸發器并阻礙持續光吸收與蒸發。為了實現持續的蒸汽生產并同步回收鹽，必須對鹽結晶和去除進行有效控制。
該研究設計了一種錐形水凝膠界面蒸發器。錐形結構外圍顯著的溫度下降會產生局部表面張力增強的區域。這種溫度梯度能夠引發馬蘭戈尼效應，驅動鹽離子向更高張力區域的定向輸送，從而引導鹽分局部優先結晶(圖1)。基于上述設計和水凝膠蒸發器固有的低蒸發焓特性，在標準光強下實現了2.797 kgm−2h−1的高蒸發速率。同時，該系統在飽和鹽水中表現出卓越的脫鹽和鹽回收能力，在5小時內實現了1913 mg的鹽產量和95.69%的回收率(圖2)。該設計為高鹽度廢水的高效純水回收與零液排放工藝提供了可參考途徑。
圖1.錐形界面蒸發器蒸發脫鹽機理示意圖
圖2.蒸發器在(a)10%、(b)20%、(c)25%和(d)飽和鹽水溶液中的邊緣鹽沉積效應;(e)用于零液體排放的飽和鹽水中的鹽收集和蒸發器回收路線
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