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(jī)的一項有前途的技術(shù)。碳納米管(CNTs)廣泛用于水凝膠蒸發(fā)器的構(gòu)造。然而，它們的蒸發(fā)性能仍然受到它們差的分散性和強(qiáng)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(jié)構(gòu)的形成，并削弱水的傳輸，最終導(dǎo)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(xué)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(luò)(MPN)涂覆的CNT進(jìn)一步結(jié)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(dá)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(yùn)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(jìn)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(jié)構(gòu)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(yīng)性和TA與胺之間的邁克爾加成反應(yīng)的示意圖。e)NCNT和MCC的XPS N1s光譜。f)NCNT、MPN和世紀(jì)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)的加熱曲線。l)裝置的照片。m)MCC/VAUF自漂浮的攝像機(jī)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(qiáng)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(jié)晶實驗的照相機(jī)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(jié)構(gòu)示意圖。e)MCC/PAM的SEM和光學(xué)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(jié)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(jìn)行有效的表面工程，這顯著增強(qiáng)了分散性和親水性，從而導(dǎo)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(jī)械強(qiáng)度。此外，世紀(jì)挑戰(zhàn)公司的穩(wěn)健性和固有的催化特性進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了其對可擴(kuò)展和可持續(xù)的SIE解決方案的廣泛適用性?？傊?，這項研究不僅證明了MCC基材料在先進(jìn)光熱應(yīng)用中的潛力，而且為高效海水淡化和水凈化蒸發(fā)器的設(shè)計提供了有價值的結(jié)構(gòu)策略。

來源：膠粘材料