Pickering Emulsion Templated 3D Cylindrical Open Porous Aerogel for Highly Efficient Solar Steam Generation

材料科学 蒸发器 蒸发 化学工程 气凝胶 多孔性 太阳能 纳米技术 复合材料 热交换器 热力学 物理 工程类 生态学 生物
作者
Yiquan Chen,Jiajia Hao,Jie Xu,Zhengsong Hu,Haifeng Bao,Haolan Xu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (48) 被引量:44
标识
DOI:10.1002/smll.202303908
摘要

Porous-structured evaporators have been fabricated for achieving a high clean water throughput due to their maximized surface area. However, most of the evaporation surfaces in the porous structure are not active because of the trapped vapor in pores. Herein, a three-dimensional (3D) cylindrical aerogel-based photothermal evaporator with a disordered interconnected hierarchical porous structure is developed via a Pickering emulsion-involved polymerization method. The obtained cotton cellulose/aramid nanofibers/polypyrrole (CAP) aerogel-based evaporator achieved all-cold evaporation under 1.0 sun irradiation, which not only completely eliminated energy loss via radiation, convection, and conduction, but also harvested massive extra energy from the surrounding environment and bulk water, thus significantly increasing the total energy input for vapor generation to deliver an extremely high evaporation rate of 5.368 kg m-2 h-1 . In addition, with the external convective flow, solar steam generation over the evaporator can be dramatically enhanced due to fast vapor diffusion out of its unique opened porous structure, realizing an ultrahigh evaporation rate of 18.539 kg m-2 h-1 under 1.0 sun and 4.0 m s-1 . Moreover, this evaporator can continuously operate with concentrated salt solution (20 wt.% NaCl). This work advances rational design and construction of solar evaporator to promote the application of solar evaporation technology in freshwater production.
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