Adv Mater丨通过结构设计以提高膜蒸馏效率

科技工作者之家 2019-07-26

来源:材料前沿科技

20190726161240_89ab3e.jpg膜蒸馏系统

       在海水淡化以及污水再生处理领域,膜蒸馏体系被认为是实现淡水高效再生利用的有效途径之一。该领域以往的诸多研究,多集中于不同体系高性能光热转换材料的开发及利用。诸如,碳纳米管/氧化石墨烯等碳材料、聚苯胺/聚吡咯等有机导电聚合物等多种有机/无机材料及其改性功能材料体系被相继用于高效膜蒸馏的设计。近来,研究进一步表明除材料材质能够影响体系的膜蒸馏效率,功能膜材料的空间构型亦对膜蒸馏器件的性能有着重要影响。

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图1.折纸构型的膜蒸馏系统制备过程

     近日德州大学奥斯汀分校研究团队将纤维纸基于一种传统的折纸工艺对膜蒸馏系统进行空间结构的设计,在滤纸表面沉积导电聚合物聚吡咯作为光热转换的活性材料,实现了快速的水蒸发和蒸汽收集。

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图2.(a-b)描述了基于该折纸构型的膜在光热转换通过提高有效工作面积来达到高效率

(c-d)图表明了其吸收范围和折叠次数对其比表面积的提高

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       在1个太阳光强下该新型膜蒸馏系统基于有效工作面积的增加,相较于平面结构膜蒸馏体系工作效率提升约71%,光热转换率达91.5%,淡水收集速率达2.12 kg m-2 h-1;同时,光照条件下不同构型蒸馏膜表面温度变化实时监测显示:“玫瑰”折纸构型的PPy膜表面具有相对较低的表面温度 (≈36 °C),利于有效降低体系辐射能量损耗。

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        针对不同种类的污水,该新型便携式低压膜蒸馏系统在水处理应用中能够有效实现不同金属离子、细菌、盐分、颜料等污染杂质的净化,具有广泛的适应性。

本文将传统的折纸工艺赋予新型的膜蒸馏系统的性能提升,不仅简化了该类光热转换材料的制备途径,也通过这一简单的办法提高了其转换效率,在海水淡化以及水中的重金属离子的处理过程中将会有十分广阔的应用前景。

原文链接:doi/full/10.1002/adma.201900720

来源:clqykj 材料前沿科技

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