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中科院化学所利用3D打印技术构造高效海水淡化结构
中科院化学所绿色印刷院重点实验室 / 时间:2020-04-03 14:40:58

中科院化学所4月2日讯:利用太阳能进行海水淡化具有重大的应用前景。为提高海水淡化速率和提高能源利用效率,研究人员提出了利用新型光热转换材料降低热损耗、构筑有效的水/蒸汽传输界面,以及提高光热转换材料的耐用性等策略。然而,目前的海水淡化装置能耗较高,海水淡化的效率、耐久性均有待提高,尤其是盐度升高后的持续淡化仍然是一个巨大挑战。

最近,在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的大力支撑下,中科院化学所绿色印刷重点实验室科研人员在前期构建的快速连续3D打印体系(Research, 2018, 2018, 4795604)基础上,研究人员与美国麻省理工学院的Nicholas Fang教授课题组合作,利用3D打印技术构造了三维锥形不对称结构蒸发体系,在高盐度下实现了高效太阳能利用和高速水蒸发。为实现高效的光热转换和海水蒸发,通过有效热管理实现高效水传输和蒸发至关重要。研究表明:所设计的3D锥形结构表面可以束缚梯度厚度的水膜,同时3D蒸发器的不同高度对太阳光的吸取不同,导致水的蒸发存在蒸发梯度,主要的蒸发位点为3D结构的顶部,因此水膜沿3D结构的侧壁呈现温度梯度,并由于马兰戈尼效应使水流向更快的蒸发区域,从而显著提高水蒸发速率和能量的利用效率。高盐度水蒸发时,水膜厚度梯度和蒸发场梯度导致3D结构表面存在盐的浓度梯度和顶部盐结晶特征,结晶的盐很容易去除,因而可以连续工作。该系统的海水淡化速率达1.72 kg m-2 h-1,有很强的应用前景。该研究成果近日发表于Nat. Commun., 2020, 11, 521上,通讯编辑是宋延林研究员,第一编辑是吴磊博士。

图1. 3D蒸发器的制备,3D蒸发梯度及顶部盐结晶性质

 



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