四川
Science & Technology
近日，東北大學材料科學與工程學院左良教授團隊與中國科學院金屬研究所陳星秋研究員團隊合作完成的研究成果，以“Ultrahigh efficiency solar evaporation through orchestrated multiphase flow”為題發(fā)表在國際知名期刊Nature Communications上。材料科學與工程學院博士研究生唐若蘭為論文第一作者，左良教授和楊波教授為論文通訊作者。
太陽能驅動界面水蒸發(fā)技術在海水淡化、高鹽廢水處理等領域具有重要應用前景。然而，現有高軸比蒸發(fā)器仍面臨界面供水不足、蒸汽擴散受限、鹽分結晶以及熱量利用不充分等問題，制約了其高效穩(wěn)定運行。針對上述難題，研究團隊提出了多相流協同調控的物理設計框架，將水分補給、鹽分回流、蒸汽逸出和熱量傳輸四個關鍵過程進行一體化設計與協同優(yōu)化，為高效太陽能蒸發(fā)器構筑提供了新思路。
研究團隊通過構筑具有雙峰孔結構的聚乙烯醇/聚乙烯吡咯烷酮（PVA/PVP）水凝膠，實現了高效毛細供水；利用鹽濃度和溫度梯度誘導的馬拉戈尼效應，有效抑制鹽結晶；引入具有穿孔結構的超疏水燈芯草（JE）莖稈，形成煙囪效應驅動的對流流動，顯著促進蒸汽逸出。同時，高軸比結構增強了蒸發(fā)器從周圍環(huán)境獲取熱量的能力，實現了太陽能輸入與環(huán)境熱量的協同利用。優(yōu)化后的高軸比λ-Ti?O?/PVA/PVP/JE（TPPJ）蒸發(fā)器在15.3 wt.%高濃度鹽水和真實海水中連續(xù)穩(wěn)定運行10天，均未觀察到鹽結晶現象。戶外實驗表明，該系統在自然太陽光下8小時淡水產量達到39.8 L m?2day?1，顯示出良好的結構可擴展性和實際應用潛力。
該研究面向海水淡化、高鹽廢水處理等國家戰(zhàn)略需求，提出了基于多相流協同調控的高效太陽能蒸發(fā)器設計策略，不僅拓展了太陽能界面蒸發(fā)技術的設計理念，也為綠色低碳水處理技術的規(guī)模化應用提供了新的理論支撐和技術路徑。
本工作得到了國家自然科學基金重點項目、遼寧省科技重大專項項目、中央高校基本科研業(yè)務費等項目的支持。東北大學分析測試中心為本研究提供了有力支持。
λ-Ti3O5/PVA/PVP/JE (TPPJ)蒸發(fā)器的概念架構與蒸發(fā)性能
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-72908-5
來源 | 材料學院
編輯 | 胡宸
校對 | 費恩鈺 鄭迎男
審核 | 黃曉穎 董磊
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