浙工大冷冻铸造技术助力海水淡化
全球淡水资源的日益紧张迫使我们寻求可持续的水资源管理策略，其中太阳能驱动的界面水蒸发技术成为了一个重要方向。传统的二维平面太阳能水蒸发器在提升水蒸发速率方面受到太阳能蒸汽产生理论极限的制约，而三维立体太阳能水蒸发器通过增加蒸发表面积、吸收周围环境能量、以及利用空气对流，能有效突破这一限制。尽管激光切割、光刻、静电纺织、3D打印和生物材质碳化等技术已被用于制造三维蒸发器，但这些方法各有局限。未来的研究需要集中于优化三维蒸发器的设计和制造流程，同时解决其长期稳定性和可扩展性等实际挑战。
近日，浙江工业大学理学院光电子智能化团队李博副教授首次提出了利用冷冻铸造技术制备三维蒸发器的方法。该方法将聚偏氟乙烯（PVDF）溶解于二甲基乙酰胺（DMA）中，添加石墨纳米粉（GNP），然后将混合溶液注入模具进行冷冻铸造成型，最后经过冷冻干燥处理，成功制备了具有丰富内部多孔结构和微通道的M形三维蒸发器。研究结果显示，在一个太阳辐射和4 ms-1的对流流速下，该蒸发器在纯水中实现了高达10.5 kg m-2 h-1的蒸发速率。循环性能测试、海水净化和废水处理实验证实了这种太阳能蒸发器具有优异的可重复使用性、稳定性和实用性。此外，该蒸发器还表现出卓越的抗盐沉积能力，适用于高盐度水体的淡化处理。在一个太阳辐射和2 m s-1的对流流速下，该蒸发器仍能维持对20 wt% NaCl溶液3.8 kg m-2 h-1的稳定蒸发速率。冷冻铸造技术为定制三维蒸发器提供了一种灵活且便捷的制备方法，为太阳能界面水蒸发和高盐度海水淡化的未来发展提供了一种可扩展且成本效益高的新途径。
三维蒸发器的制备过程及其工作原理示意图
三维蒸发器在纯水中的蒸发性能
三维蒸发器在高浓度盐水中的蒸发性能
研究成果以“Three-Dimensional Freeze-Casting Solar Evaporator for Highly Efficient Water Evaporation and High Salinity Desalination”为题于2024年3月19日在线发表在国际刊物《Desalination》（中科院一区TOP，IF=9.9），浙江工业大学为唯一单位，理学院李博为第一作者和通讯作者。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.desal.2024.117542
学者介绍
李博
理学院副教授、博士生导师，主要从事太阳能水蒸发器的设计、制备和性能研究。先后主持过国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等项目。在JACS，Desalination，ASS，APL，PRB等国际期刊发表SCI论文20余篇。
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