介孔玻璃中原位生长的杂化半导体用于高效太阳能水蒸发

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随着人口增长,工业和环境污染的增加,世界各地淡水资源缺乏的问题日益严重。海水淡化是一种有效提纯水的方法,但传统提纯海水的方式存在效率不高,耗能大等问题,因此利用太阳能产生蒸汽并随后进行蒸汽再冷凝在近些年逐渐引起一些研究者的关注。太阳能蒸发在低能耗淡水生产中具有重要前景,对于人类健康与经济发展两者都至关重要。其中,高效光热材料的发展是太阳能水蒸发技术的核心问题,并且太阳能水蒸发系统中的水供应系统,热量损失控制等因素也是影响其性能的重要因素。利用太阳能进行水蒸发是一种先进的绿色技术,可以有效地用来应对全球淡水资源短缺的危机。在此,本文设计了一种高效的太阳能蒸发装置,该蒸发装置中所用到的光热材料为实验室合成的新型杂化半导体[Ni(Phen)3][V14O34Cl]Cl(NiV14)。该光热材料负载在亲水的介孔玻璃中,通过家用三聚氰胺-甲醛(MF)泡沫漂浮在水中,以确保在水-空气界面处的有效水蒸发。介孔玻璃的孔径结构和较差的热导率与MF泡沫共同保证了供水的持续,散热少和对流少,具有较强的太阳能局部性热量。在与具有强光热效应的NiV14共同参与下,整个蒸发装置在6个太阳条件下的水蒸发速率达到14.38 kg m-2 h-1,水总蒸发效率为111.4%。在1个太阳照射下每天太阳能净水能力达到42.00 L m-2。同时测定了装置的循环性,经过20个小时的长时间照射性能没有衰减,从XRD花样中也可以看出晶体具有相同位置的衍射峰。并且,在海水脱盐实验中海水中的三种主要离子(Na+,K+和Mg2+)的浓度均明显地降低了三个数量级,低于世界卫生组织和美国环境保护署的标准。这种可扩展且低成本的太阳能蒸发系统为高效水净化应用展现了广阔的前景。
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