生物質(zhì)材料，如木材、竹子和蘑菇等，因其良好的親水性、獨(dú)特的水傳輸通以及出色的熱絕緣性能，在太陽能蒸發(fā)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。然而，由于供水和熱絕緣的權(quán)衡關(guān)系設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致生物基太陽能蒸發(fā)器的蒸發(fā)速率遠(yuǎn)低于石油基太陽能蒸發(fā)器。
近日，貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院謝海波教授和謝遠(yuǎn)鵬特聘教授團(tuán)隊(duì)以魔芋衍生的氣凝膠作為輸水材料，以竹炭黑作為光熱材料，成功制備了一種高效的全生物基蒸發(fā)器（圖1）。魔芋氣凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的吸水能力，吸水率高達(dá)10 g g-1（圖2）。優(yōu)化魔芋氣凝膠的二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（2D KA-30），以減少氣凝膠與水體之間的接觸面積，降低輸水材料的導(dǎo)熱系數(shù)（0.113 W m-1 K-1），進(jìn)而平衡供水和熱絕緣的權(quán)衡關(guān)系。最終，太陽能蒸發(fā)器在一個(gè)太陽輻射下實(shí)現(xiàn)了3.77 kg m-2 h-1的蒸發(fā)速率和97.2%的光熱轉(zhuǎn)換效率（圖3）。此外，該全生物基太陽能蒸發(fā)器的制備過程只用水作為溶劑，沒有使用任何有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸或強(qiáng)堿。
圖1魔芋氣凝膠的合成和制備過程
圖2 2D傳水結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)性能
相關(guān)成果以題為“Biomass-Based Solar Evaporation: Sustainable Solutions for Efficient and Eco-Friendly Water Supply“發(fā)表在化工領(lǐng)域國際期刊《Chemical Engineering Journal》（IF=15.1，JCR一區(qū)，中科院工程技術(shù)1區(qū)Top）上，文章通訊作者為謝海波教授、謝遠(yuǎn)鵬特聘教授, 南昌大學(xué)胡笑添研究員，第一作者為貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院2022級碩士研究生田茂松，第一完成單位為貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院。
文章信息：Maosong Tian, Hui Lu, Haojie Li, Jingfu Tian, Yuanlong Guo, Xiaotian Hu, Haibo Xie, Yuanpeng Xie. Biomass-Based Solar Evaporation: Sustainable Solutions for Efficient and Eco-Friendly Water Supply, 2024, doi:
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152940.