太陽能驅(qū)動的界面蒸發(fā)(SIE)是緩解全球淡水短缺和能源危機的一項有前途的技術。碳納米管(CNTs)廣泛用于水凝膠蒸發(fā)器的構造。然而，它們的蒸發(fā)性能仍然受到它們差的分散性和強親水性的限制。更糟糕的是，碳納米管的聚集將減少水凝膠中多孔結構的形成，并削弱水的傳輸，最終導致蒸發(fā)效率降低。為了解決這些問題，通過基于金屬-酚配位化學的界面工程成功地獲得了具有改善的分散性和親水性的碳納米管。所得的金屬-酚網(wǎng)絡(MPN)涂覆的CNT進一步結合到聚乙烯醇水凝膠中，以協(xié)同實現(xiàn)優(yōu)異的光熱性能和水分子活化。以這種方式，制造了具有分級孔隙的堅固的太陽能蒸發(fā)器，用于有效的蒸發(fā)和傳質(zhì)，在1個太陽光照下達到2.9kg m2 h1的速率，同時在長期和高鹽環(huán)境中保持穩(wěn)定運行。實際的室外實驗和丙烯酰胺水凝膠中的催化凝膠形成進一步證實了這些MPN涂覆的基于CNT的裝置對于SIE的穩(wěn)健性。據(jù)信，這項研究為開發(fā)碳基多孔水凝膠蒸發(fā)器鋪平了新的道路，以實現(xiàn)高效穩(wěn)定的太陽能蒸發(fā)。

圖解

圖1:MCC的制備過程和結構示意圖。b)NCNT和MCC的TEM圖像。MCC的EDS繪圖圖像。d)描述超聲處理后分散體流動性的圖像。e)各種CNT樣品在水中的稀釋分散體的照片。

圖2：a)MPN、SDS+NCNT和MCC的ζ電勢。b)拉曼光譜顯示了MCC和NCNT的石墨化。c)微晶纖維素的拉曼光譜。d)MPN的pH響應性和TA與胺之間的邁克爾加成反應的示意圖。e)NCNT和MCC的XPS N1s光譜。f)NCNT、MPN和世紀挑戰(zhàn)公司的紫外-可見光譜。g)MPN和MCC的XPS Fe2p光譜。h)NCNT、MPN和微晶纖維素的FTIR光譜。I)MPN吸附前后系統(tǒng)的能量和構象變化。j)IGMH分析的可視化和MCC的定量表示。

圖3：a)說明MCC/VAUF的制備過程和結構的方案。b)不同變形下MCC/VAUF的照片。c)MCC/PVA和PVA的流變曲線。d) EPU和e) MCC/VAUF的SEM圖像。MCC產(chǎn)生中間水的示意圖。g)不同水凝膠的DSC曲線。h)不同水凝膠的蒸發(fā)焓。I)各種蒸發(fā)器的DRS光譜。j)蒸發(fā)器的紅外熱圖像和k)相應的加熱曲線。l)裝置的照片。m)MCC/VAUF自漂浮的攝像機記錄。

圖4：a)不同VAUF樣品的蒸發(fā)速率。b)裝有不同含量MCC-3的蒸發(fā)器的蒸發(fā)率。c)不同光強下MCC-3/VAUF的蒸發(fā)速率。d)MCC-3/VAUF在不同鹽度的鹽溶液中的蒸發(fā)速率。e)鹽溶解和結晶實驗的照相機記錄。f)蒸發(fā)前后模擬海水中的離子濃度。g)MCC-3/VAUF蒸發(fā)器的連續(xù)脫鹽性能評估。h)循環(huán)實驗前后蒸發(fā)器的表面照片。I，j)室外蒸發(fā)實驗的照片和k)記錄的蒸發(fā)率。

圖5：a)基于不同基底的蒸發(fā)器的照片。b)蒸發(fā)器的蒸發(fā)速率曲線。c)MCC/VAUF蒸發(fā)器的蒸發(fā)率和成本與其他報告的比較。d)MCC/PAM的制備和結構示意圖。e)MCC/PAM的SEM和光學圖像。f)裝載不同光熱劑的PAM蒸發(fā)器的蒸發(fā)速率曲線。g)由DSC測定的不同蒸發(fā)器的蒸發(fā)焓。

結論

本研究成功開發(fā)了一系列基于微晶纖維素的多孔水凝膠太陽能蒸發(fā)器。有趣的是，MPN和碳納米管之間的共價和非共價相互作用允許通過MPN對碳納米管進行有效的表面工程，這顯著增強了分散性和親水性，從而導致優(yōu)異的光熱和水活化性能。通過優(yōu)化光吸收、水傳輸和熱管理，得到的分級多孔水凝膠蒸發(fā)器表現(xiàn)出優(yōu)異的太陽能蒸餾性能。該蒸發(fā)器在1個太陽光照下實現(xiàn)了2.9kg m 2h 1的出色蒸發(fā)率，同時具有出色的耐鹽性和機械強度。此外，世紀挑戰(zhàn)公司的穩(wěn)健性和固有的催化特性進一步強調(diào)了其對可擴展和可持續(xù)的SIE解決方案的廣泛適用性。總之，這項研究不僅證明了MCC基材料在先進光熱應用中的潛力，而且為高效海水淡化和水凈化蒸發(fā)器的設計提供了有價值的結構策略。

來源：膠粘材料