壁细胞效应效3郭峰光热筑高蒸发江苏基水大学淡化物质海水科技凝胶牛龙施伟受束缚D生发构材料启器

面对全球水资源短缺和对淡水的束缚效应需求，太阳能驱动的江苏胶光海水淡化由于其可持续性和可再生性，已被广泛认为是科技一个关键的解决方案。然而，大学在太阳能驱动的施伟n受生物水凝水淡蒸发过程中，光热界面的龙郭热损失和盐堵塞等挑战大大降低了太阳能蒸发器的寿命，急需解决方案以确保太阳能蒸发器长期、峰D发构发器稳定和高效的细胞效运行。

江苏科技大学施伟龙副教授/郭峰副教授团队受细胞壁“束缚效应”的壁启启发，通过协同增强壳聚糖（CS）基水凝胶与纳米纤维素（CF）、筑高质基丝瓜络纤维（LF）和碳点（CDs），热海成功开发了3D-CDs/CF/CS-LF复合水凝胶太阳能蒸发器，化蒸实现了高效供水，材料增强了机械性能，束缚效应并改善了光热转换能力。江苏胶光所制备的3D-CDs/CF/CS-LF蒸发器在1个阳光强度下表现出超高蒸发率（8.08 kg m^-2 h^-1）。此外，在户外海水淡化实验中，蒸发装置每日生产约34.88 kg m^-2的淡水，验证了该蒸发器在实际应用中的效用。研究成果以Ultra-high solar steam generation based on regulated water management strategy in 3D biomass hydrogels inspired by the“binding effect”of cell walls为题发表于Desalination。

数据概要

图 1. (a、b）CDs/CF/CS-LF水凝胶的制备工艺示意图。(c)CDs/CF/CS-LF水凝胶蒸发器中蒸汽生成示意图。（d1）CS-LF、（d2）CDs/CS-LF、（d3）CF/CS-LF和（d4）CDs/CF/CS-LF的模型图像、光学图像和扫描电镜图像。

图 2. (a) LF、CS 和 CS-LF 水凝胶的应力-应变曲线和 (b) 光学图像。(c) CDs/CF/CS-LF 水凝胶压缩实验过程示意图。(d) 所制备水凝胶的应力-应变曲线。(g) CDs/CF/CS-LF 水凝胶循环测试的应力-应变曲线和 (h) 力-位移曲线。(i) 最大应力和压缩模量。

图 3. 3D-CDs/CF/CF/LF-3D二维太阳能蒸发器(a)有效蒸发面积和(b)环境能量收集的比较。(c)太阳能蒸汽性能评价装置图。(d)纯水和制备的样品的水重随时间的变化。(e)所制备的样品的蒸发率和效率。(f)3D-CDs/CF/CS-LF的蒸发率组成。(g)不同光强下的3D-CDs/CF/CF-LF蒸发器的蒸发速率。(h)不同盐浓度下3D-CDs/CF/CS-LF蒸发器的蒸发速率。(i)已制备样品的DSC测量。(j)3D-CDs/CF/CS-LF中纯水和水的蒸发焓的估算。(k)蒸发效率的比较。

图 4. 所制备的水凝胶的(a) UV-Vis-NIR吸收光谱。(b)光热试验实验装置图。(c)已制备样品的温度变化。(d)已制备样品的导热系数。（e）已制备样品的表面粗糙度。（f）温度变化曲线。（g）顶部和侧面的红外光学图像。（h）的温度分布模拟。

图5. (a)动态接触角图像。(b)蒸发器在染料中的垂直运输行为。(c)表面盐溶解的光学图像。(d)蒸发器的抗盐沉积能力照片。(e)样品的形状变形程度照片。(f)干燥和饱和水状态下的重量，以及相应的吸水率。(g)水浸前后已制备的光学图像。(h)不同pH值和盐浓度溶液中的膨胀率。(i)50次压缩松弛循环前后的照片。

图 6. (a)海水淡化和作物灌溉系统示意图。(b)户外测试下太阳能驱动蒸发器海水淡化系统的光学照片。(c)不同辐照时间内快速产生蒸汽的照片。(d)室外试验的实际蒸发率。(e)四种主要离子的浓度。(f)收集的冷凝水中MB和Mo的吸光度的变化。(g)酸性和碱性溶液中蒸发后的pH变化。(h)豆芽的生长情况。(i)豆芽的生长高度与时间。

论文地址

https://doi.org/10.1016/j.desal.2024.117954

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