A multilayer mesh porous 3D-felt fabric evaporator with concave array structures for high-performance solar desalination and electricity generation

材料科学 海水淡化 蒸发 蒸发器 太阳能淡化 太阳能 化学工程 工艺工程 纳米技术 环境工程 机械工程 环境科学 电气工程 工程类 气象学 化学 热交换器 生物化学 物理
作者
Zhiwei Lei,Bihua Hu,Peide Zhu,Xingzhu Wang,Baomin Xu
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:122: 109307-109307 被引量:47
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2024.109307
摘要

Solar-driven interfacial evaporation is a promising sustainable strategy to address global water scarcity. However, developing large-area, high-performance, multifunctional anti-fouling, and energy-using solar steam collection systems remains a significant challenge. Here, inspired by nature, we designed and prepared 3D-Felt fabric evaporators with hydrophilic MXene and chitosan&dopamine modified concave array structures, featuring multilayer mesh porous structures and adjustable concave sizes. Benefiting from the unique structural advantages, this evaporator has high light absorption ability (98.1%), balance between interfacial heating and water supply rate, effective vapor diffusion and low water evaporation enthalpy. The 3D evaporator achieves an evaporation rate of up to 2.69 kg m-2 h-1 under one-sun illumination, an impressive photothermal conversion efficiency of 97.09%, and an outdoor evaporation volume of up to 11.64 kg m-2. It exhibits high antibacterial (efficiency 99%), salt resistance (200 h in 15 wt% NaCl solution) and oil contamination resistance (underwater oil contact angle of 150°), allowing for long-term stable water purification. Importantly, the integrated solar evaporation system simultaneously provides effective desalination, self-sustaining irrigation for agriculture, and thermal energy-powered electricity generation. This work offers practical demonstration and good purifying performance, inspiring new paradigms for developing high performance solar vapor technology.
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