成果简介
界面太阳能蒸汽发生（ISVG）是一种前景广阔的水处理技术，因为它能最大限度地减少碳足迹并解决水资源短缺问题。为了进一步提高基于碳材料的 ISVG 工艺的太阳能效率，本文， 大连理工大学王旭珍 教授团队在《ACS Appl. Nano Mater》期刊发表名为“Anisotropic 3D Aerogel of Graphene Oxide and Poly(Vinyl Alcohol) for Desalination by Interfacial Solar Vapor Generation”的论文，研究采用氧化石墨烯（GO）纳米片和聚乙烯醇（PVA）作为前驱体，利用定向冷冻铸造技术制造出具有各向异性多孔结构的三维气凝胶（径向-GO/PVA）。
实验和数值模拟结果表明，径向-GO/PVA 气凝胶具有横向径向支柱和纵向片状支柱，并带有横向平行韧带，因此在 ISVG 方面具有多功能特性，包括优异的光吸收性能、合理的水分调节性能、良好的热管理能力和高效的排盐性能。在标准太阳辐照（1 kW-m-2）条件下，水蒸发率可达 1.58 kg-m-2-h-1。更重要的是，径向-GO/PVA 气凝胶在浓度为 20 wt % 的 NaCl 溶液中连续蒸发水超过 8 小时，表现出长期稳定性，这表明通过 ISVG 路线对高浓度盐水进行脱盐和净化具有潜在的应用前景。
图文导读
方案1.制备的径向GO/PVA气凝胶用于界面太阳水蒸气生成太阳能海水淡化用示意图
图1.（a） 采用定向冷冻浇注技术制备的径向GO/PVA气凝胶示意图。（b，c）水平和纵向截面的冻铸过程模型。（d，e）径向GO/PVA气凝胶独特的各向异性结构，由水平径向通道和纵向层状结构组成。
图2.径向GO/PVA气凝胶的化学和结构表征
图3.各种气凝胶的热管理
图4.不同气凝胶的水分调节能力
图5.三种不同气凝胶的蒸发性能。
图6.基于三种气凝胶的太阳能驱动蒸发装置的太阳能海水淡化性能.
小结
本研究采用冷冻铸造技术设计并制造了一种新型各向异性多孔径向-GO/PVA 气凝胶，该气凝胶具有横向径向通道和纵向片状结构，可用于高效太阳能驱动的水蒸发。通过实验和数值模拟对传热和传质进行综合分析后发现，径向 GO/PVA 气凝胶的独特结构提高了其蒸发性能。由 GO 纳米片组成的径向通道提供了光阱，可增强光吸收；水微通道可促进水的中心偏好分布。同时，纵向片状结构赋予了径向 GO/PVA 不连续的热路径和快速的流体供应通道，从而明显提高了水蒸发界面的温度，减少了散水的传导热损失。由于径向-GO/PVA 气凝胶具有优异的太阳能吸收能力、合理的水调节能力和良好的热管理能力，因此在 1 太阳光照射下，其蒸发率高达 1.58 kg-m-2-h-1。此外,基于径向-GO/PVA 蒸发器也能获得长期稳定性，这表明在太阳能驱动的高浓度盐水淡化和净化中具有巨大的实用潜力。
文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.4c02526
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