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厲害了，成都理工憑借"冰粉"，在國際頂刊EEM發了篇15.12分的論文！

來源：時間：2022-12-14 14:43:01 瀏覽：1825次

淡水資源緊缺是全世界面臨的重大問題，我國被列為世界上十三個貧水國之一。海水是生產淡水的主要來源，目前比較成熟的海水淡化方法有電滲析，多效蒸餾法和反滲透膜法。但這些方法需要大量電力、熱能或頻繁維護，且需要集中建廠與大型設備，使其技術成本高昂。近年來，太陽能界面蒸發技術（SIE）為低成本可持續淡水生產提供了新的可能性。它是利用太陽能驅動蒸發脫鹽過程，將蒸發界面與集熱界面同時定位在液體-空氣界面，避免將大量熱量用于體積水加熱。光熱材料需求量和熱損失的最小化能促使蒸發效率的最大化。這樣的創新克服了水蒸發能耗大與自然光輸入能量較少的不匹配。

近日，成都理工大學李小可研究員課題組與西安交通大學Omid Mahian教授合作，在國際頂級期刊Energy & Environmental Materials (EEM)（IF=15.12）上發表了題為“A Biomass‐Based Hydrogel Evaporator Modified Through Dynamic Regulation of Water Molecules: Highly Efficient and Cost‐Effective”的研究性文章，第一作者為成都理工大學碩士研究生羅伯秋。文中，作者從民間小吃“冰粉”獲取靈感，報道了一種高蒸發率、低成本的生物質水凝膠蒸發器（NPH）并用于太陽能海水淡化。

內容簡述

“冰粉”是一種天然的可食用生物質多糖，源自于草本植物“假酸漿”的種子。作者將假酸漿種子中提取的假酸漿膠與常用的高分子材料聚乙烯醇（PVA）混合，采用原位聚合方法制備雙網絡結構的生物質水凝膠，再將太陽能吸收劑ppy引入水凝膠的網絡結構形成NPH。研究表明，引入假酸漿膠，形成一種互穿“套孔”結構的水凝膠，為水分子蒸發提供了更大的面積；增強水凝膠的彈性和輸水能力的同時，實現對凝膠內部中間水含量以及界面的親水性能的調控。戶外實驗表明，NPH的最大蒸發速率為3.51 kg m?2 h?1，能量效率高達97.89%。

為進一步證明NPH的海水淡化性能，作者使用黃海海水樣品進行了模擬光源脫鹽實驗，并通過電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）評估凈化水的質量。實驗結果表明，蒸餾水中四種成分鹽離子（Na+，Mg2+，K+和Ca2+）的濃度比海水降低了3個數量級（總含量≤1 mg/L）。同時作者還使用NPH對pH值為1~14的污水進行了去污實驗，研究結果顯示蒸發收集到的水pH呈中性，且TDS值達到國際衛生組織規定的飲用水標準，證明了NPH在污水處理應用中的可行性。

總而言之，NPH即使在高鹽度鹽水和廢水處理下，也能以每小時每平方米蒸發2.42 kg水的速率實現高達97%的太陽蒸發效率。在制備成本方面也優于大多數報道的太陽能蒸發器。廉價的假酸漿既給水凝膠帶來了“套孔”結構，又能增強輸水能力。實驗證明，NPH在海水淡化，海鹽生產，廢水處理等各種實際應用中具有巨大的潛力。

主要數據

圖1：水凝膠的制備流程

圖2：水凝膠的微觀結構圖，紅外表征及其流變學特性

圖3：水凝膠的表面親水性；內部結合水，自由水和中間水含量；水凝膠界面處的分子模擬模型示意圖

圖4：NPH水凝膠的界面光蒸發速率

圖5：NPH水凝膠的抗酸堿性與抗鹽特性

圖6：水凝膠的脫鹽能力與去污能力；自然光照條件下水凝膠的水處理能力

文章鏈接：

Luo, B., Wen, J., Wang, H., Zheng, S., Liao, R., Chen, W., Mahian, O. and Li, X. (2022), A biomass-based hydrogel evaporator modified through dynamic regulation of water molecules: highly efficient and cost-effective. Energy & Environmental Materials.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eem2.12353

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