胡良兵教授Energy & Environmental Science：雙峰多孔結構的巴沙木用于太陽能海水淡化

【引言】

安全飲用水的短缺是人類的主要死因之一，尤其是在偏遠的農村地區。目前，利用太陽能蒸發器來淡化海水是一種產生安全飲用水的有效的、可持續和廉價的方法。然而，為了進一步促進太陽能海水淡化的實際應用，尤其是對高濃度鹽水進行淡化，阻止鹽分積聚在太陽能海水淡化裝置的表面、保持裝置的長期穩定性和快速的海水蒸發的速率等問題迫切需要解決。

【成果簡介】

近日，美國的馬里蘭大學的胡良兵教授（通訊作者）在著名期刊Energy & Environmental Science上報道了雙峰多孔結構的巴沙木可以用于對高濃度鹽水進行淡化的太陽能蒸汽發生裝置。該裝置利用表面炭化的巴沙木的雙峰多孔的和互相連接的微觀結構，能迅速補充表面蒸發的鹽水，確保快速、持續地產生潔凈的水蒸氣。該裝置對高濃度鹽水進行淡化，在6個太陽照射的條件下的水汽蒸發速率為6.4 kg m^-2 h^-1，并且具有出色的長期穩定性。巴沙木的大導管通道對阻止鹽分積聚起到非常重要的作用。總而言之，該裝置用于對高濃度鹽水進行淡化表現出高效、穩定、低成本和對環境友好的優點。

【圖文導讀】

圖1. (a) 雙峰多孔結構的巴沙木的微觀結構和用于對高濃度鹽水進行淡化的工作原理；(b) PDMS/巴沙木材料的表面有鹽分積聚的原理

圖2.表面炭化的巴沙木的結構表征。 (a, b) 天然的巴沙木和表面炭化的巴沙木的照片； (c)?表面炭化的巴沙木的三維SEM圖； (d)?表面炭化的巴沙木的SEM圖的頂視圖；(e)?表面炭化的巴沙木的SEM圖的頂視圖的放大圖； (f)?薄壁細胞的SEM圖；(g) 導管通道的SEM圖的放大圖；(h)?導管通道和管胞的尺寸分布圖

圖3.(a)?天然的巴沙木和表面炭化的巴沙木的紫外-可見光吸收光譜；(b) 鹽水和表面炭化的巴沙木在不同的入射光照強度下的溫度； (c)?表面炭化的巴沙木在不同光照強度下的水汽蒸發速率；(d)?表面炭化的巴沙木在不同光照強度下的水汽蒸發效率； (e)?表面炭化的巴沙木在6個太陽照射的條件下不同光照時間的水汽蒸發速率和水汽蒸發效率； (f) 鹽水在淡化前后的鹽度對比

圖4.(a)?PDMS/巴沙木材料的照片；(b, c)?PDMS/巴沙木材料的SEM圖的側視圖和頂視圖； (d) 雪松的照片；(e)雪松的SEM圖的頂視圖； (f)?雪松的微通道的尺寸分布； (g)三種木材基太陽能蒸發器的水汽蒸發速率； (h)?表面炭化的巴沙木的循環性能； (i)?表面炭化的巴沙木和PDMS/巴沙木材料的吸光度的變化；(j) 循環20天后的表面炭化的巴沙木的SEM圖的頂視圖；(k)?PDMS/巴沙木材料在太陽照射45分鐘后的SEM圖的頂視圖

圖5.(a-f) 表面的NaCl顆粒逐漸溶解；(g)表面炭化的巴沙木的底視圖

【小結】

表面炭化的、雙峰多孔的巴沙木解決了長期的太陽能海水淡化過程中鹽分積聚的問題。巴沙木的雙峰多孔的和互相連接的微觀結構起到了關鍵性的作用。巴沙木具有高水汽蒸發速率，表現出優異的穩定性和耐用性，而且在防止鹽分積聚的同時保持高效的水汽蒸發速率。該項研究成果為可持續地產生飲用水提供了很大的希望，尤其是從海水來獲得飲用水。

文獻鏈接：Nature-Inspired Salt Resistant Bimodal Porous Solar Evaporator for Efficient and Stable Water Desalination（Energy Environ. Sci.?，2019，DOI:10.1039/C9EE00945K）

本文由kv1004供稿。