界面蒸發
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-30
界面蒸發的實例教程
光驅動界面蒸發結構
a, 多孔浮動結構示意圖，該結構將太陽能熱加熱定位在界面處。
b, 自清潔超疏水蒸發表面示意圖。
c,d, 示意圖顯示了表面潤濕性對太陽能驅動界面蒸發性能的影響:親水底層(c)和用氟硅烷表面改性的疏水底層(d)。
圖4. 太陽能驅動界面蒸發系統的漸進隔熱設計
a, 單層浮動蒸發結構。
b, 由浮動多孔絕熱體支撐的雙層蒸發結構。
c, 雙層蒸發結構，由封閉的絕熱體支撐，以抑制向下的熱損失。
d, 通過使用選擇性太陽能吸收器和透明氣泡翹曲蓋，減少了來自頂部太陽能熱表面的輻射和對流熱損失。
圖5. 不同光驅動界面蒸發系統的蒸發效率
不同太陽能驅動界面蒸發系統中蒸發效率與太陽能照明功率密度的關系比較。
圖6. 熱濃度下太陽能驅動的界面蒸發
a, 環境壓力下通過熱濃縮在100℃下產生蒸汽的示意圖。
b, 蒸發效率和蒸汽溫度取決于熱濃度。
圖7. 太陽能驅動的界面蒸發能夠實現典型的能量轉換應用
a, 在真空室內快速蒸汽輸送驅動的太陽能熱能收集。太陽能加熱區的快速液體-蒸汽蒸發和放熱區的蒸汽-液體冷凝使得太陽能-熱能的有效熱傳遞能夠用于遠離熱源的加熱應用。
b, 蒸發驅動發電示意圖。太陽能驅動的鹽水界面蒸發產生鹽度梯度，鈉離子(粉紅色點)擴散穿過膜產生電能。
c, 機械能收集示意圖。
d, 太陽能化學燃料生產示意圖。在催化劑的幫助下，二氧化碳和水蒸氣被轉化為碳氫化合物燃料。
展開 圖2 調控ZnO比例催化PET可控碳化制備多孔碳的微觀結構和孔結構
圖3 雙層太陽能蒸發器界面產生蒸汽的機理
在制備的雙層界面蒸發器中，得益于高比表面積（1164 m2 g-1）、豐富的微/中/大孔、大量的含氧官能團，等級多孔碳表現出水分子限域效應，也即是在孔道中多孔碳的含氧基團可以與水分子形成氫鍵，減少水分子的氫鍵數目，從而降低水的蒸發焓。另一方面，木頭基體具有豐富的微孔通道和固有的超親水性，強大的毛細作用可以將水迅速泵送到蒸發界面（圖3）。由于這些特點，使得雙層太陽能蒸發器在1個太陽輻照度下具有較高的水蒸發速率（2.38 kg m-2 h-1，圖4），且海水中鹽的去除率超過99.9%。在海水傳輸過程中，微孔通道和納米孔道構建的濃度梯度可有效防止鹽分積累并確保快速排鹽，使該雙層太陽能蒸發器具有優良的長期穩定性和良好的耐鹽性。
圖4 雙層太陽能蒸發器用于光熱海水淡化
圖5 雙層太陽能蒸發器用于實際光熱海水淡化
為測試雙層太陽能蒸發器在實際中的產水性能，作者進行了光熱現場測試（圖5）。太陽光照射10 min后，在蒸發器的內壁觀察到大量水珠。即便是在0.1~0.5個太陽光強的輻照下，單位面積日淡水產量為3.65 kg m-2，因而按此放大1 m2，就能夠滿足一個成人一天的飲水量。該工作利用低成本的廢聚酯轉化為多孔碳與木頭結合構筑了一種新型雙層太陽能蒸發器，為建立可擴展、成本效益高的界面太陽能蒸汽生成系統提供了一種新的策略，為解決全球淡水短缺問題和白色污染問題提出了新的策略。
展開 從緩解能源危機和環境問題的角度來看，利用太陽能的光熱轉換驅動水快速蒸發是一種獲取淡水的有效手段。太陽能驅動的界面水蒸發目前被公認為是一種高效且可持續的淡水供應技術。然而，為實現高能量轉換效率，界面蒸發系統結構復雜，通常由幾個模塊組合而成，包括專門的水輸送、光熱轉換、熱管理和支撐部件。
近日，浙江大學王樹榮教授團隊以纖維素納米纖絲（CNF）作為基本骨架，Ti3C2Tx MXene作為光熱功能填料，通過預凍成型、溶劑交換、定向冷凍和凍干方法，開發了一種新型的具有Janus特性的生物質基復合氣凝膠，并將其用作獨立式太陽能界面蒸發器。此Janus結構CNF/MXene復合氣凝膠（簡稱為JCM氣凝膠）的上下兩部分具有相反的潤濕性，其下層為親水的CNF氣凝膠（簡稱為CA）可進行持續的水傳輸，上層為硅烷疏水改性的CNF/MXene氣凝膠（簡稱為CM氣凝膠）可進行光熱轉換并具有隔熱性。JCM氣凝膠獨特的Janus特性以及其內部的微通道結構使其能夠穩定地自漂浮于水面，并具有卓越的蒸發性能。在1個太陽光照下，JCM氣凝膠的水蒸發速率高達2.287 kg m-2 h-1，對應于88.2%的蒸發效率。此外，JCM氣凝膠在海水淡化應用中也體現了出色的耐鹽性和耐久性。該工作以“Janus biocomposite aerogels constituted of cellulose nanofibrils and MXenes for application as single-module solar-driven interfacial evaporators”為題發表在知名期刊Journal of Materials Chemistry A上。
展開 論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41560-018-0260-7
該論文系統地總結了太陽能光熱界面蒸發領域的研究進展，全面地介紹了太陽能光熱界面蒸發系統各核心構成單元的研究現狀和發展趨勢，深入分析了影響太陽能光熱界面蒸發性能的關鍵因素，探討了該技術在太陽能向熱能、電能、機械能、化學能轉換領域的應用價值，展望了該領域未來的發展方向、面臨的挑戰以及應對措施。
隨著傳統化石能源的日益消耗和生態環境壓力的不斷增加，加快對可再生能源太陽能的開發和利用已成為全球關注的熱點。光熱轉換是一種清潔、高效的太陽能利用方式。其中，光熱蒸發是太陽能光熱利用領域廣泛涉及的一個非常重要的物理過程。針對傳統基于體加熱的蒸發系統存在能量轉換效率低、響應速度慢等問題，新型基于局域光熱轉換的太陽能光熱界面蒸發設計將太陽能光熱轉換集中在蒸發界面，通過在太陽能光熱轉換材料、界面蒸發結構、系統絕熱設計等方面的協同創新，大幅提升了系統的蒸發效率和響應速率。當前，太陽能光熱界面蒸發技術在高性能海水淡化、蒸汽殺菌、污水凈化等眾多領域獲得了初步應用，并且推動了太陽能光熱技術小型化、便攜式的發展趨勢，對促進太陽能光熱技術的廣泛應用具有重要價值。
展開 界面蒸發太陽能海水淡化對于緩解全球淡水危機來說是一種很有前景的低成本方式。近年來，因其能有效降低水的蒸發焓而顯著提高水的蒸發效率，水凝膠逐漸成為一種廣受歡迎的太陽能驅動的界面蒸發器的制作材料。但是對于蒸發器來說，在追求高效的蒸發表現的同時，材料的可持續發展性也備受關注，尤其考慮到蒸發器在工作狀態中的生物適應性，可持續性，無毒性和在報廢狀態下的生物可降解性。
對此，鄭義教授團隊聯合National Renewable Energy Laboratory (Dr. Shuang Cui) ，Marine Biological Laboratory (Prof. Joseph A. DeGiorgis) 和Providence College (Prof. Yinsheng Wan) 制作了完全基于殼聚糖 (CS) 和墨魚汁粉末 (CI) 的多孔結構的水凝膠可作為高效穩定的具有排鹽能力的太陽能蒸發器。在一個太陽照射下，蒸發速率高達4.1 kg m-2 h-1 (圖1) 。
圖1. 完全基于海洋生物提取物的CI/CS太陽能蒸發器的示意圖。
圖2. CI/CS水凝膠的制備流程圖。
該太陽能界面蒸發器是以基于殼聚糖的水凝膠為主體進行海水的輸送和熱量的積聚，混合以黑色的墨魚汁粉末作為光熱材料進行太陽輻射的吸收并將之轉化為熱能，最后采用凍干的方式使其產生三維的內部相互交通的多孔性結構 (圖2)。殼聚糖是一種多糖材料，來自于甲殼素的 N-脫乙酰化，是自然界中存在豐富的氨基多糖，主要是從甲殼類動物 (如螃蟹和蝦) 提取而來。
展開 
界面蒸發的相關專題、標簽、搜索
界面蒸發的最新內容
太陽光驅動的界面光熱水蒸發，由于其可以通過在遠遠低于水沸騰的溫度下產生蒸汽來進行海水純化，在過去幾年中引起了越來越多的關注。
有機相變材料（PCM）的低熔點使其成為存儲太陽能的理想選擇。然而，有機PCM弱光熱、導熱性能嚴重阻礙了其實際應用。研究表明，向有機PCM中添加納米顆粒可以有效改善其光熱性能，但許多納米顆粒成本高昂，難以合成，且加入納米顆粒后，有機PCM潛熱下降顯著。
因此，作者將TPA-TPA-O6應用于太陽能驅動的界面水蒸發系統的構建。TPA-TPA-O6粉末在300~2000 nm范圍內表現出極寬的光譜響應，可有效地促進太陽光收集。在1個太陽光下照射下，獲得了高達89.41%的太陽能驅動水蒸發效率和1.293 kg m–2 h–1的水蒸發速率。
由于界面的凝結水蒸發，造成局部區域空氣含濕增大，給計算機及微電子設備的元器件和線纜插件造成損壞。
因此，為了節約能源，減少日后的運行費用，根據以上分析計算機房相鄰界面凝露應按其起因而采取相應的措施來控制平面、立面隔熱及熱量的散失。
近年來，太陽能驅動的界面水蒸發已成為一種用于高效、清潔水生產的創新和可持續發展技術（Nature Energy 3 (2018) 1031-1041），但是目前太陽能界面蒸發器還存在蒸發速率低、價格昂貴、光熱轉換材料的多孔結構作用機制不明確等問題。
界面蒸發太陽能海水淡化對于緩解全球淡水危機來說是一種很有前景的低成本方式。近年來，因其能有效降低水的蒸發焓而顯著提高水的蒸發效率，水凝膠逐漸成為一種廣受歡迎的太陽能驅動的界面蒸發器的制作材料。
由于界面的凝結水蒸發，造成局部區域空氣含濕增大，給計算機及微電子設備的元器件和線纜插件造成損壞。
因此，為了節約能源，減少日后的運行費用，根據以上分析計算機房相鄰界面凝露應按其起因而采取相應的措施來控制平面、立面隔熱及熱量的散失。
太陽能驅動的界面水蒸發目前被公認為是一種高效且可持續的淡水供應技術。然而，為實現高能量轉換效率，界面蒸發系統結構復雜，通常由幾個模塊組合而成，包括專門的水輸送、光熱轉換、熱管理和支撐部件。
d) ABHs 的兩個功能示意圖：1) 將ABH 片劑直接浸入未凈化的水中進行消毒使用（零能量輸入）；2) 在界面太陽能蒸發系統中利用抗生物污垢 ABH 來獲得飲用水。
圖2. ABH 的表征。
制造和界面蒸發過程。
示意圖顯示（a）分層 PAN@CuS 織物的原位硫化和（b）界面焓還原。
圖
2. PAN@CuS 織物的特性。
(a) PAN@CuS 織物的典型照片和 (b,c) SEM 圖像。(d) 單個 PAN@CuS 納米纖維的 TEM 圖像。(e) 單根納米纖維的 HAADF 和映射圖像。(f) 硫化前后織物的氮吸附和解吸等溫線。
太陽能界面水蒸發是實現高效低能耗海水淡化的有效途徑，如何通過材料和結構設計來提高界面光熱汽化效率也是目前研究的主流方向。影響太陽能蒸汽產生過程（Solar vapor generation，SVG）有四個關鍵因素：光熱轉換、熱傳輸、水傳輸和水蒸發過程。
