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宁波材料所在仿生调控砂子用于海水淡化与净水收集方面取得进展
发布时间:2020-07-31 06:39
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中科院宁波资料所3月11日讯:淡水资源贫乏,严峻约束了社会及经济的进一步开展。传统的淡水搜集技能往往需求额定的动力,本钱较高。太阳能作为一种清洁、可再生的动力使用方法,对其进行高效开发是一种可测验的途径。近年来,通过将太阳能转化成热能,进而在远远低于水欢腾的温度下发生蒸汽来进行淡水搜集的方法已成为研讨热门。其间,该技能的中心在于光热转化资料的蒸腾器的开发。但是,当时已开展的光热资料,其原资料存在来历窄、制备杂乱、本钱高、安稳性低、环境习惯性差等问题,约束了光热技能在淡水搜集方面的进一步开展。

针对上述问题,我国科学院宁波资料技能与工程研讨所陈涛研讨员课题组前期研发了一系列用于光热淡水搜集的高分子复合资料 。这些作业不光提出了一系列制备简略、高转化功率、低本钱、高安稳性和环境习惯性强的光热资料,并且结合高分子资料固有的柔性、可裁剪、可缝制等特性,并通过简略的方法将二维光热资料转变成三维资料,然后进步了淡水搜集才能。

最近,研讨人员在前期作业的基础上,遭到夏天海滨沙滩温度高这一现象的启示,通过光热高分子资料对天然砂子的仿生改性,赋予其优异的光热转化才能,并结合砂子集合时会自发构成的可继续供水的毛细孔的特性,开展了一种根据仿生改性砂子集合体的多功能光热淡水搜集器,并完成了在多种使用环境中的淡水搜集。天然海砂主要由二氧化硅组成,储量丰厚,因为不能成为建筑设施中的结构资料,因而价格低廉。在本研讨中,锚定在天然砂子外表的聚多巴胺既能够充任红外线吸收剂,又能够充任有用的粘合剂,通过π相互效果和氢键桥接沙子和聚吡咯,然后构成结构安稳并具有高光热转化才能的黑砂。此外,砂子的集合行为使其自发构成微米标准的自组织孔隙,这样的多孔结构能够进一步发生毛细效果力,将水从沙层底部吸到顶部,这能够用作有用的供水通道。

得到的PPSDs可进一步用于2D/3D太阳能驱动的界面水净化,在1个太阳下,蒸腾速率可到达1.21 kg m-2 h-1。得益于沙子很强的塑形才能,二维平面的PPSDs可简略快速地转变为三维立体的PPSDs,在1个太阳下蒸腾速率可提升至1.43 kg m-2 h-1。除了PPSDs能用于传统的光热海水纯化外,其也展示出较强的环境自习惯性,能习惯多种不同的使用环境。如当海水遭受城市和工业区的油污染时,若直接将含油污水直接供应蒸腾器,会导致蒸腾器的污染和蒸腾速度的下降。为了完成高效、可继续的清水,PPSDs中集合构成的微孔可预先有用地别离含油污水,并在随后用于光热蒸腾。成果显现,通过预别离后,PPSDs的蒸腾速率得到了明显进步,从0.87 kg m-2 h-1提升至1.19 kg m-2 h-1。别的,在一些内陆的干旱地区或沙漠中,没有直接可见的水源,绝大部分水汽散布在空气中。因为FeCl3的掺杂,以及在内部毛细效果力的协同效果下,PPSDs能够先吸收大气中的水分,随后在太阳光的驱动下,原位进行光热蒸腾而取得淡水。在实践的野外大气淡水搜集试验中,PPSDs的日均清水搜集才能约为1.13 kg m-2,远高于纯砂子搜集才能。因而,该多功能PPSDs集合体的概念为完成在多变的使用环境中对环境习惯的淡水搜集供给了一条新的途径。

本研讨还得到了国家自然科学基金、中科院前沿科学要点研讨项目、博士后立异人才支撑方案、我国博士后科学基金及宁波市科技局等项目的赞助。

图1 a) PPSD的制备示意图; b-e) PPSD完成蒸腾、别离及大气水搜集机理示意图

图2 a) PPSDs集合体内自构成孔孔径巨细及散布; b) PPSDs集合体优异的吸水性;c-f )聚吡咯与聚多巴胺分子间效果力及优化结构

图3 PPSDs用于光热水蒸腾功能表征及其机理模型评论

图4 a-b) 三维PPSDs海水淡化功能增强机理示意图;c-g) 三维PPSDs用于光热海水淡化的功能表征及与目前所报导的根据天然资料光热蒸腾器的功能比较

图5 PPSDs展示出较强的环境自习惯性,能习惯多种不同的使用环境


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