受收集声波耳廓结构的启发，并借鉴太阳灶结构，膜分离与催化研究组王玉超和江河清设计了具有宏观尺寸的3D空心锥形光热膜，其光热转化效率超过93%，超过了常见2D平面膜水蒸发速率的极限值。对胶州湾实际海水的测试表明，3D空心锥形光热膜不仅表现出较好的稳定性，同时其蒸发效率是自然蒸发的3.5倍。在蒸发过程中盐会在锥形卷筒上层析出，不会覆盖整个光热膜，这不仅有助于盐的富集回收，同时可以保持光热性能的稳定。详细研究表明3D空心锥形光热膜超高光热蒸发性能主要是通过三个方面实现：（1）特定的几何外形可以将光线限域在锥形卷筒内部，通过光的多步反射，实现光热卷筒对太阳光的高效吸收，平均吸光率超过99%；（2）3D空心锥形卷筒不需要借助额外的隔热材料降低向水体中的热流失，也不需要借助其他材料进行水的传导，而是通过改变卷筒在水中的高度，调控与水的接触面积，减少热量流失，实现理想的蒸发界面限域加热；（3）3D光热锥形卷筒结构的设计使实际蒸发面积不同于太阳光的辐照面积，显著增大了实际蒸发面积。该工作为3D光热膜的开发设计提供了实验基础，有望推动太阳光驱动海水淡化技术的快速发展。
上述研究工作获得了国家自然科学基金、山东省自然科学基金及青岛市民生科技计划项目的支持。相关研究结果作为封面文章发表于Journal of Materials Chemistry A (2018, 6, 9874-9881)。
论文链接
图1. 聚吡咯基3D空心锥形光热膜的制备示意图
图2. 3D空心锥形膜与2D平面膜样品的漫反射性能对比（a）及吸光率对比（b），多步反射过程示意图（c）
图3. 研究成果被选为封面文章重点报道
点击排行