Hierarchical Photothermal Fabrics with Low Evaporation Enthalpy as Heliotropic Evaporators for Efficient, Continuous, Salt-Free Desalination

海水淡化 蒸发 材料科学 蒸发皿 海水 结晶 太阳能淡化 蒸发器 化学工程 热力学 化学 生物化学 物理 工程类 海洋学 地质学 热交换器
作者
Zixiao Liu,Zhan Zhou,Naiyan Wu,Ruiqi Zhang,Bo Zhu,Hong Jin,Yumei Zhang,Meifang Zhu,Zhigang Chen
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (8): 13007-13018 被引量:306
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c01900
摘要

Solar-driven seawater evaporation is usually achieved on floating evaporators, but the performances are substantially limited by high evaporation enthalpy, solid salt crystallization, and reduced evaporation due to inclined sunlight. To solve these problems, we fabricated hierarchical polyacrylonitrile@copper sulfide (PAN@CuS) fabrics and proposed a prototype of heliotropic evaporator. Hierarchical PAN@CuS fabrics show significantly decreased water-evaporation enthalpy (1956.32 kJ kg-1, 40 °C), compared with that of pure water (2406.17 kJ kg-1, 40 °C), because of the disorganization of the hydrogen bonds at the CuS interfaces. Based on this fabric, a heliotropic evaporation model was developed, where seawater slowly flows from high to low in the fabric. Under solar irradiation (1.0 kW m-2), this model exhibits a high-rate evaporation (∼2.27 kg m-2 h-1) and saturated brine production without solid salt crystallization. In particular, under inclined sunlight (angle range: from -90° to +90°), the heliotropic model retains an almost unchanged solar evaporation rate, whereas the floating model shows severe evaporation reduction (83.9%). Therefore, our study provides a strategy for reducing the evaporation enthalpy, maximally utilizing solar energy and continuous salt-free desalination.
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