近日，制冷與低溫工程研究所ITEWA團(tuán)隊在Energy & Environmental Science期刊上發(fā)表了題為“Solar evaporation with solute replacement towards real-world applications”的研究論文，提出了一種可以顯著拓展太陽能蒸發(fā)/蒸餾應(yīng)用范圍的溶質(zhì)置換策略。制冷與低溫工程研究所徐震原副教授是本文的第一作者，王如竹教授、徐震原副教授是通訊作者。
太陽能蒸發(fā)是實現(xiàn)分布式、可持續(xù)海水淡化或水處理的關(guān)鍵手段，特別是采用多孔蒸發(fā)器的界面局部加熱型太陽能蒸發(fā)，實現(xiàn)了蒸發(fā)效率和速率的顯著提升。目前，很多研究使用純NaCl水溶液進(jìn)行測試，然而在實際脫鹽或廢水處理場景中，被蒸發(fā)的溶液各有不同，例如海水中會存在容易導(dǎo)致結(jié)垢的低溶解度成分，而廢水中會存在有機(jī)分子而導(dǎo)致溶液粘度上升，這些都有可能導(dǎo)致現(xiàn)有太陽能蒸發(fā)設(shè)計的失效，但太陽能蒸發(fā)在應(yīng)對不同溶液的失效機(jī)理與解決方法仍然鮮有研究，這限制了太陽能蒸發(fā)的廣泛與實際應(yīng)用。
為解決上述問題，研究提出了耦合太陽能蒸發(fā)傳熱、毛細(xì)流動和鹽分傳輸?shù)睦碚撃Ｐ停C明了溶液物性對太陽能蒸發(fā)速率的限制效應(yīng)，指出高溶液粘度和低溶解度會分別在短周期和長周期運行中導(dǎo)致太陽能蒸發(fā)的失效。研究進(jìn)一步提出了耦合太陽能蒸發(fā)與正滲透的溶質(zhì)置換策略，實現(xiàn)了CaSO4溶液的不結(jié)垢蒸發(fā)，并在處理粘度比水高225倍的NaAlg溶液時將蒸發(fā)性能提升了478%。
該策略還可以進(jìn)一步和先進(jìn)太陽能蒸發(fā)器、蒸餾器設(shè)計結(jié)合，從而實現(xiàn)高效、被動式和強(qiáng)適應(yīng)性的水處理，并顯著拓展太陽能蒸發(fā)的應(yīng)用場景。憑借優(yōu)異的穩(wěn)定性、不結(jié)垢蒸發(fā)和靈活應(yīng)用，溶質(zhì)替代策略可以推動太陽能蒸發(fā)在更多實際場景中實現(xiàn)應(yīng)用。
論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D3EE02592F
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