武汉大学 - 《武汉大学报》
邓红兵课题组太阳能海水淡化纳米纤维研究获突破
作者：通讯员徐鹏
2020-10-30
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论文题为“CellularStructuredCNTs@SiO2NanofibrousAerogelswithVerticallyAlignedVesselsforSaltResistantSolarDesalination”（《具有垂直排列管道的蜂窝状CNTs@SiO2纳米纤维气凝胶用于耐盐的太阳能海水淡化》）。
武汉大学2019级博士研究生董向阳和东华大学博士研究生曹雷涛为并列第一作者，武汉大学为第一作者单位，邓红兵与丁彬为共同通讯作者。该课题得到国家自然科学基金、湖北省自然科学基金创新群体的资助和支持。
水资源与水安全一直是国际资源环境领域的前沿和热点。目前国际上约有20亿人缺乏安全可靠的淡水供应设施。为了确保足够的淡水供应，太阳能海水淡化技术近年来受到广泛关注。但在海水淡化过程中，蒸发器表面的盐会随着蒸发而增加。由于大多数蒸发器对盐的耐受能力不佳，很难将盐分从蒸发界面移除，最终导致盐在蒸发界面结晶。盐晶体的出现会降低吸光度并阻塞水分运输通道，从而降低蒸发速率甚至损坏蒸发器。
针对上述问题，邓红兵和丁彬合作基于以下原则设计了一种耐盐的纳米纤维太阳能蒸发器：一是蒸发器应具有高效的光吸收能力，以将尽可能多的太阳能转化为热量；二是通过自组装过程调控，纳米纤维高度模拟生物质纤维的孔道结构和多孔管道壁，并在此基础上构建垂直排列的管道，以高效运输水分和盐；三是蒸发器必须具有足够的机械强度和化学稳定性，以确保长期有效的蒸发性能。
该蒸发器能够吸收98%的太阳光，在1个太阳的光照下（1kWm-2）能够以1.50kgm-2h-1的速率产生蒸汽，即使在20%的盐水中接受6个太阳的持续照射（6kWm-2）也不产生盐。此外，蒸发器还展现出了其优异的机械强度和化学稳定性，能经受反复的压缩、长时间的超声和酸碱处理，产生的淡水也完全满足WHO的饮用水标准，受重金属、有机染料、抗生素污染的废水和海水中的有害成分几乎完全被去除。