成果简介
太阳能驱动的界面蒸发是一种利用太阳能生产清洁水的可持续且有效的方式。目前，太阳能驱动界面蒸发的研究大多基于小型蒸发器，开发一种高效、简单、通用的连续大规模生产蒸发器的方法仍然是一个挑战。本文，天津工业大学材料科学与工程学院包晨露副教授团队在《ACS Appl. Nano Mater》期刊发表名为“Multiscale Preparation of Graphene Oxide/Carbon Nanotube-Based Membrane Evaporators by a Spray Method for Efficient Solar Steam Generation”的论文，研究开发了一种喷雾法，用于在不同规模上生产氧化石墨烯（GO）/碳纳米管（CNT）基薄膜蒸发器。这种方法能够生产从实验室规模到工业规模的膜蒸发器。已经做出了巨大的努力来优化膜蒸发器的制备和性能。在优化条件下制备的 GO-CNT/纸膜蒸发器在一次太阳照射下具有2.1kgm-2h-1的高蒸发速率，相应的效率为90.1%。蒸发器还具有水的淡化、净化和消毒的高性能。天然湖水蒸发试验表明，晴天的水蒸发量约为 8.2kgm-2，获得的水的盐度（Na+离子，1.2mgL-1) 低于世界卫生组织的饮用水标准。总体而言，已经证明了一种用于生产高性能膜蒸发器的高效、简单且可扩展的方法。
图文导读
图1. 采用喷雾法制备GO/CNT膜蒸发器。
图2. (a) GO的SEM图像。(b) 碳纳米管的 SEM 和 HRTEM图像。(c) 纸基材的 SEM 图像和SEM横截面图像。(d) GO-CNT3/纸膜蒸发器的SEM图像。(e) GO-CNT3/纸膜蒸发器的高度放大的 SEM 图像。(f) GO-CNT3/纸膜蒸发器的SEM截面图。
图3. (a) GO、CNT和GO-CNT3/纸膜的XPS光谱。(b) GO-CNT3/纸膜的C1s XPS 光谱。(c) GO-CNT3/纸膜的N1s XPS 光谱。(d) GO、CNT 和 GO-CNT3/纸膜的拉曼光谱。(e) GO、CNT 和 GO-CNT3/纸膜的 FTIR 光谱。(f) GO-CNT3/纸膜的形成机理示意图。
图4. (a) 在一次太阳辐射下记录纯水和 GO-CNT3/纸膜蒸发器表面温度的红外热图像。(b) 太阳能纯水蒸汽发生装置和 GO-CNT3/纸膜蒸发器侧视图的红外热图像。(c) 在一次太阳辐射下，纯水和 GO-CNT3/纸膜蒸发器的平均表面温度和本体水温之间的温度差。(d) GO-CNT3/纸膜蒸发器在不同光浓度下的温度差和平均表面温度。
图6. (a) 在一次阳光照射下，纯水、纸蒸发器和GO-CNT3/纸膜蒸发器的水蒸发质量随时间变化。(b) 在不同的光学浓度下，通过GO-CNT3/纸膜蒸发器的水蒸发，质量随时间变化。(c) GO-CNT3/纸膜蒸发器在不同光浓度下的蒸发速率和效率。(d) GO-CNT3/纸膜蒸发器在一个太阳下的能量平衡图。（e）在一次阳光照射下的蒸发速率和效率与其他报道的碳基膜蒸发器的比较。(f) GO-CNT3/纸膜蒸发器在一次太阳辐射下的循环稳定性。
小结
总之，本文已经展示了一种基于喷雾的方法来制备高性能的GO/CNT膜蒸发器。得益于碳材料和溶剂，这种喷雾可以实现从实验室规模到工业规模的膜蒸发器的多规模生产。综上所述，已经展示了一种在实验室规模和工业规模上生产高性能膜蒸发器的简单高效的方法。
文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.2c01122
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