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学术动态

李晨蔚团队Advanced Science:基于3D石墨烯复合网络构建高效除盐太阳能蒸发器

发布日期:2022-12-20

淡水是生命的源泉,对人类的生存和发展具有重要意义。地球上水资源储量丰富,但人类可以直接消耗的淡水资源比例不到0.36%。近年来,新开发的太阳能界面蒸发技术引起了广泛关注。但太阳能脱盐过程中,由于蒸汽的快速产生导致了局部盐水浓度显著增加,盐在装置表面结晶,最终导致蒸发性能显著下降。因此,构建可连续、高效处理高浓度盐水的太阳能蒸发装置是一个巨大的挑战。

石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料,可作为构建三维石墨烯气凝胶的基本结构单元。石墨烯气凝胶因其低密度、优异的光热转换性能、化学稳定性和热稳定性等,在太阳能海水淡化和油/有机溶剂吸收的应用中引起了广泛的关注。然而,石墨烯气凝胶在太阳能海水淡化和油/有机溶剂吸收中的应用存在一些局限性:(1)由于石墨烯的高成本,使石墨烯气凝胶的大规模应用在经济上具有挑战性;(2)由于石墨烯气凝胶的超低密度,在实际使用中易受脆性机械性能的影响;(3)基于石墨烯气凝胶的太阳能蒸发器通常具有较低的蒸发性能。

基于以上挑战,化学与制药工程学院李晨蔚团队以低成本聚合物泡沫为可牺牲模板,制备了超弹性、任意形状和3D组装的粘土/石墨烯气凝胶(CGAs)。低成本粘土的加入不仅减少了石墨烯的用量,增强了石墨烯网络的力学性能,还可以通过选择不同种类的粘土改变CGAs的亲疏水性。疏水的CGAs显示出优异的油/有机溶剂吸收性能,并在循环吸附过程中表现出稳定的性能。亲水的3D CGA在连续36小时处理高浓度盐水时,表现出极高的蒸发速率(4.11 kg m-2 h-1),超过其他太阳能除盐装置。通过定期挤压和干燥盐收集器中的溶液,可以方便地收集盐分。因此,超弹性、3D组装的CGAs在连续太阳能脱盐和高效的油/有机溶剂吸附方面具有巨大的应用潜力。

相关结果以“Superelastic 3D Assembled Clay/Graphene Aerogels for Continuous Solar Desalination and Oil/Organic Solvent Absorption”为题发表在国际知名期刊Advanced Science(影响因子:17.521)上。化学与制药工程学院丁美春副教授为本文第一作者,李晨蔚教授为本文唯一通讯作者,万博体育maxbextx官网首页为本文第一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金和万博体育maxbextx官网首页拔尖人才项目的资金支持。

全文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202205202

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