中國科大在太陽能驅(qū)動海水淡化研究中取得重要進展

淡水資源是人類生存的命脈。然而，根據(jù)世界氣象組織發(fā)布的最新報告，全球有超過20億人無法獲得充足的淡水資源。傳統(tǒng)的海水淡化方法，如蒸餾、反滲透和電滲析，為解決這一問題提供了可行的工業(yè)選擇。然而，這些方法仍然存在處理復雜、能耗高等缺點。隨著近年來全球?qū)μ贾泻偷某珜В�以無處不在的免費太陽能為動力的太陽能脫鹽受到了廣泛關注。 ;c;;cJc!  
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近日，中國科學技術大學劉波教授團隊在太陽能驅(qū)動海水淡化研究中取得重要進展。該研究團隊開發(fā)了一種基于彈性聚合物共價有機框架（PP–PEG）的高效太陽能蒸汽蒸發(fā)器。PP–PEG泡沫展現(xiàn)出全光譜吸收和出色的光熱轉(zhuǎn)換性能，通過優(yōu)化親水性、PEG鏈長度和熱管理，在1個太陽輻照下，實現(xiàn)了4.89 kg m⁻²h⁻¹的蒸發(fā)速率。團隊進一步巧妙地使用易制得的截錐型反射器充分利用免費太陽能，蒸發(fā)速率顯著提高至18.88 kg m⁻²h⁻¹，超過已知的太陽能蒸汽蒸發(fā)器的性能。這項創(chuàng)新設計具有制備簡單、成本低、效率高、機械穩(wěn)定性和耐久性等優(yōu)點，為海水淡化和水凈化應用提供了一個有前景的平臺。相關成果以“Highly efficient solar steam evaporation via elastic polymer covalent organic frameworks monolith”為題發(fā)表于《自然·通訊》雜志（Nat. Commun. 2024, 15, 9484.）。 DAvAozM  
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具體而言，PP–PEG材料含有柔性的聚乙二醇連接劑，對客體呈現(xiàn)出有趣的自適應性（圖a）。卟啉環(huán)作為光熱功能單元，柔性的聚乙二醇鏈防止了卟啉環(huán)的不利聚集和猝滅，使得PP–PEG具有全光譜吸光度和優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能�；�于此，PP–PEG以三維泡沫形式作為蒸發(fā)器應用于太陽能驅(qū)動的海水淡化。彈性還有助于防止泡沫在蒸發(fā)過程中發(fā)生崩塌，以維持循環(huán)蒸發(fā)的性能。為了減少向水體的熱量損失，蒸發(fā)器采用特殊的自包含模式，將太陽能蒸發(fā)器與水體隔離開（圖b），在維持連續(xù)供水的同時，不僅減少了熱傳導損失，還充分利用了三維泡沫的側(cè)表面，大幅增加了蒸發(fā)面積，促進冷蒸汽的產(chǎn)生，提高了蒸汽的蒸發(fā)性能。通過優(yōu)化親水性和PEG鏈長度，在1個太陽輻照下，實現(xiàn)了4.89 kg m⁻²h⁻¹的蒸發(fā)速率。 5,mb]v0k  
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