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海水淡化是緩解淡水短缺的有效途徑，但傳統(tǒng)技術(shù)如反滲透、多級(jí)閃蒸等存在能耗高、成本大、環(huán)境污染等問題。將太陽能界面蒸發(fā)與發(fā)電相結(jié)合，生產(chǎn)淡水和電力是緩解淡水短缺和能源危機(jī)的有效途徑。

迄今為止，科研人員致力于探索和開發(fā)各類三維（3D）結(jié)構(gòu)的熱電聯(lián)產(chǎn)蒸發(fā)器，盡管已取得顯著進(jìn)展，但三維蒸發(fā)器因多孔結(jié)構(gòu)和大面積接觸水體，仍存在熱傳導(dǎo)導(dǎo)致的能量損耗問題。

因此，開發(fā)兼具成本效益與優(yōu)異光熱性能的二維（2D）蒸發(fā)器，以實(shí)現(xiàn)高效熱電聯(lián)產(chǎn)，已成為當(dāng)務(wù)之急。

近日，期刊Chemical Engineering Journal報(bào)道先豐客戶西南民族大學(xué)呂滎賓團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出靜置沉積法，制備出兼具高效蒸發(fā)與穩(wěn)定電壓輸出的GO基復(fù)合膜。

他們借助鋅離子（Zn2+）插層對(duì)羧基化單壁碳納米管（SWCNTs-COOH）和氧化石墨烯（GO）膜實(shí)施交聯(lián)，加速了復(fù)合膜的形成。通過調(diào)控SWCNTs-COOH的含量，對(duì) GO-Zn-CNTx膜的光捕獲效應(yīng)及層間微納結(jié)構(gòu)予以優(yōu)化，達(dá)成光吸收與蒸發(fā)性能的協(xié)同增強(qiáng)。

實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果表明，GO-Zn-CNT40膜具有優(yōu)異的光學(xué)吸收特性和熱管理能力。該膜在一次太陽照射下可快速升溫至52.1℃，實(shí)現(xiàn)持續(xù)蒸發(fā)（1.77kg m-2·h-1，效率達(dá)92.47%）。此外，GO-Zn-CNT40膜展現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，在5%鹽溶液中經(jīng)過10次循環(huán)后，蒸發(fā)速率仍保持在1.50kg m-2·h-1以上。

通過將該光熱膜與熱電模塊（TE）組合構(gòu)建的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)（TCS），可實(shí)現(xiàn)太陽能蒸發(fā)發(fā)電與淡水生產(chǎn)。將四個(gè)TCS單元串聯(lián)后，成功驅(qū)動(dòng)小型風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)。戶外測(cè)試中，系統(tǒng)日產(chǎn)量達(dá)4.3L m-2·d-1，同時(shí)輸出穩(wěn)定電壓57mV。

這款高性能蒸發(fā)器憑借制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉且穩(wěn)定性優(yōu)異，為偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)實(shí)現(xiàn)太陽能分布式水處理與發(fā)電提供了切實(shí)可行的解決方案。

該項(xiàng)工作中使用的氧化石墨烯（產(chǎn)品編號(hào)XF002-2）和碳納米管(XFWDSC01)購(gòu)買自先豐納米。

文章名稱：Simultaneous solar - driven steam and electricity generation by CNT/Zn2? - intercalated graphene oxide membranes

產(chǎn)品推薦

XF002-2

單層氧化石墨烯粉末

片徑：0.5~5 μm

厚度：0.8-1.2 nm

純度：約99%

XFWDSC01

羧基化高純單壁碳納米管水分散液

直徑：1-2 nm

純度：>90%

長(zhǎng)度：5-30 um