太陽能蒸汽發(fā)生器可以用木材 織物或海綿制成

隨著全球人口的增長，淡水供應(yīng)比以往更加珍貴。雖然科學(xué)家和工程師知道如何凈化水，但使這些方法可持續(xù)和節(jié)能是另一個問題。

一種有前途的方法是太陽能驅(qū)動蒸餾或太陽能蒸汽發(fā)生，它可以幫助我們從廢水或海水中獲取淡水。研究人員已經(jīng)使用這種方法成功地提取了小批量的純凈水，但他們?nèi)栽趯ふ乙环N大規(guī)模的方法。

芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院和UChicago附屬阿貢國家實驗室的研究人員是開發(fā)一種開創(chuàng)性的太陽能蒸汽發(fā)生新方法的團(tuán)隊的一員，該方法可以幫助將這項技術(shù)帶入現(xiàn)實世界。這些材料可以通過簡單的一步法在木材，織物或海綿上生長，并為大規(guī)模生產(chǎn)帶來希望。

“太陽能蒸汽發(fā)生技術(shù)現(xiàn)在仍主要集中在實驗室使用上，”普利茲克分子工程研究生和該研究的第一作者Zijing Xia說。“我們希望找到一種以相對較低的成本制造太陽能蒸汽發(fā)生器的簡便方法。”

他們創(chuàng)新工作的成果最近發(fā)表在Advanced Materials Interfaces 期刊上。

在尋找太陽能蒸汽系統(tǒng)時，研究人員已經(jīng)嘗試了各種將光轉(zhuǎn)化為熱的材料，如碳材料，等離子體金屬和半導(dǎo)體。但是，其中許多選項的效率相對較低，以及其他挑戰(zhàn)，因此繼續(xù)尋找真正具有變革性的方法。

高性能太陽能蒸汽發(fā)生器理想地結(jié)合了幾個特征。它應(yīng)該在水上漂浮，能夠吸收廣泛的光線，將光線有效地轉(zhuǎn)換為熱量并能夠?qū)崃總鬟f給水。不幸的是，許多先前研究的方法缺乏促進(jìn)向水的熱傳遞所需的多孔結(jié)構(gòu)。

“現(xiàn)有的大多數(shù)方法都不易設(shè)計，無法對形狀和高光熱效率進(jìn)行任意控制，從而產(chǎn)生蒸汽發(fā)生裝置，”Xia說。

夏的方法與眾不同的是使用卟啉共價有機(jī)骨架或POF。新發(fā)現(xiàn)的一類材料，POF可以在具有不同孔隙率的各種材料的表面上均勻生長，并且它們表現(xiàn)出高水蒸發(fā)性能。POF還具有獨特的光捕獲特性，有利于新應(yīng)用。

在實驗室中，POF成功地在每種測試材料的內(nèi)表面和外表面上生長。并且每個模板顯示出有利的光熱性質(zhì)，表明POF基材料是太陽能蒸汽發(fā)生的有希望的候選者。POF膜能夠捕獲大部分陽光光譜中95%以上的光。

夏說，這項研究最有希望的結(jié)果是POF能夠在許多不同種類的材料表面生長，包括膜，織物，海綿和木材。木材表現(xiàn)出特別強(qiáng)勁的性能，研究人員測量的光 - 蒸汽轉(zhuǎn)換效率約為80%。

POF在多種材料上生長的能力使其易于適應(yīng)當(dāng)?shù)乜捎玫牟牧?。這種多功能性與簡單的一步制造工藝相結(jié)合，可以使該方法適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

基于POF的方法在實驗室環(huán)境中證明非常有效，研究團(tuán)隊計劃在實驗室外進(jìn)行進(jìn)一步的實驗，以觀察POF的實際性能。

到目前為止，研究表明POF可以幫助推動未來的可持續(xù)水凈化系統(tǒng)。

“基于POF的界面工程設(shè)計顯示出大規(guī)模凈化方法的前景，它也可用于海水淡化，廢水處理等，”Xia說。