生物質材料，如木材、竹子和蘑菇等，因其良好的親水性、獨特的水傳輸通以及出色的熱絕緣性能，在太陽能蒸發領域受到廣泛關注。然而，由于供水和熱絕緣的權衡關系設計不合理，導致生物基太陽能蒸發器的蒸發速率遠低于石油基太陽能蒸發器。
近日，貴州大學材料與冶金學院謝海波教授和謝遠鵬特聘教授團隊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器（圖1）。魔芋氣凝膠表現出優異的吸水能力，吸水率高達10 g g-1（圖2）。優化魔芋氣凝膠的二維結構設計（2D KA-30），以減少氣凝膠與水體之間的接觸面積，降低輸水材料的導熱系數（0.113 W m-1 K-1），進而平衡供水和熱絕緣的權衡關系。最終，太陽能蒸發器在一個太陽輻射下實現了3.77 kg m-2 h-1的蒸發速率和97.2%的光熱轉換效率（圖3）。此外，該全生物基太陽能蒸發器的制備過程只用水作為溶劑，沒有使用任何有機溶劑、強酸或強堿。
圖1魔芋氣凝膠的合成和制備過程
圖2 2D傳水結構的蒸發性能
相關成果以題為“Biomass-Based Solar Evaporation: Sustainable Solutions for Efficient and Eco-Friendly Water Supply“發表在化工領域國際期刊《Chemical Engineering Journal》（IF=15.1，JCR一區，中科院工程技術1區Top）上，文章通訊作者為謝海波教授、謝遠鵬特聘教授, 南昌大學胡笑添研究員，第一作者為貴州大學材料與冶金學院2022級碩士研究生田茂松，第一完成單位為貴州大學材料與冶金學院。
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.