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江南体育AFM:基于纤维素的界面太阳能蒸发器
江南体育淡水资源的短缺已成为威胁人类发展的主要障碍,利用太阳能蒸发器直接利用太阳能从海水中生产淡水是一种很有前途的方法。与许多基于合成聚合物的蒸发器相比,有望提供更多有趣的特性,受益于可再生特性和含有纤维素的天然材料的丰富储量。首先,根据制造方法的不同,纤维素基太阳能蒸发器可分为自上而下利用(木质)和自下而上组装(纤维素复合材料)两种类型。不同的制造方案也带来了各自独特的优势,如木质蒸发器的双峰多孔结构和纤维素复合材料蒸发器的人工互联微孔网络。随后,本文进一步总结了纤维素基太阳能蒸发器的最新进展和亮点,重点介绍了其结构调节策略(如钻槽阵列、不对称润湿性结构、脱木质素、二维水道等)和蒸发性能改进(如耐盐性、高蒸发速率等)。最后,对该领域面临的挑战和可能的解决方案进行了讨论,预计将为纤维素和其他种类的生物质蒸发器的未来发展提供新的机遇。
纤维素基蒸发器的两种不同制造策略(自上而下利用天然木材和自下而上组装纤维素)和不同改进方向的多种结构示意图。
天然木材中纤维素纳米纤维的示意图,纤维素之间的氢键和纳米纤维素的结构式。
A)木材-氧化石墨烯复合材料太阳能蒸发器示意图;B)木材-氧化石墨烯复合太阳能蒸发器在12 kW m−2太阳光照下不同光照时段的红外图像江南体育。C)可伸缩石墨木太阳能蒸发器制造工艺示意图;D) 1 kW m−2太阳光照下石墨木太阳能蒸发器的红外图像;E)太阳能照射下石墨木太阳能蒸发器的光学图像F)孔洞阵列木纹蒸发器原理图。G) 1 kW m−2光照下表面碳化木材太阳能蒸发器的红外图像。
A)椴木横截面双峰多孔结构的SEM图像;B)双峰通道间骨架结构的SEM图像;C)通道细胞壁上凹坑结构的SEM图像。D)双峰多孔巴尔沙木和对照样品(PDMS/巴尔沙木)的微观结构和工作原理示意图;E1-E3)双峰式蒸发器(轻杉木)、单峰式蒸发器(雪松)、对照样品(PDMS/轻杉木)的俯视图SEM图;E4)对照样品(PDMS/巴尔杉木)的侧面SEM图像。
A1-A3)蒸发器分层通道结构SEM俯视图;B)自再生蒸发器的俯视图(6小时前后)C)表面炭化木材蒸发器和孔阵列表面炭化木材蒸发器的俯视图(前后2小时),D1,D3)天然木材和去木素化木材的光学图像;D2,D4)天然木材和去木质素木材的俯视图SEM图像。E) 1 kW m - 2太阳光照下AGWA蒸发器蒸发表面的俯视图(亮灯9小时,灭灯15小时)。F)在1kw m−2太阳光照下,C-WA蒸发器蒸发7 d期间的蒸发速率。
A) Janus棉布/CNF气凝胶太阳能蒸发器(SE-CS)示意图;B) Janus棉布/CNF气凝胶太阳能蒸发器(SE-CS)和亲水性棉布/CNF气凝胶太阳能蒸发器在蒸发过程中的数字图像(在1 kW m−2的太阳光照下)。C) Janus CNF气凝胶太阳能蒸发器示意图;D)低弯度输水通道与高弯度输水通道的比较;E)低扭曲度孔隙结构Janus蒸发器和高扭曲度孔隙结构CNF/CNT蒸发器在1 kW m−2太阳光照下随时间变化的蒸发速率(插图为蒸发器在6 h后的数字图像)。F1)孔隙度对盐富集的影响示意图;F2)孔隙大小对盐富集的影响示意图;G)不同孔径(EPZ-1、EPZ-2、EPZ-3、EPZ-4、EPZ-5孔径分别为150 ~ 300µm、100 ~ 150µm、75 ~ 100µm、50 ~ 75µm、37.5 ~ 50µm)蒸发器上结晶盐的动态变化。
A)贻贝启发的多多巴胺填充纤维素气凝胶示意图;B) PDA-CA通过物理吸附去除染料的示意图。C)单片一体化纤维素气凝胶基蒸发器示意图;D)在1 kW m−2太阳光照下,MiCAE-12海水淡化前后的油/盐水乳状液光学显微镜图像。E) p-MC气凝胶太阳能蒸发器防盐污机理示意图;F) p-MC气凝胶外表面和内部的不对称润湿行为;G) p-MC气凝胶去除MB染色海水中油红O染色的甲苯。
A)双峰多孔结构。B)原料。C1-C4)钻孔通道阵列。D)不对称润湿性结构。E) t型结构。
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