利用3D打印技術，中科院化學所構(gòu)造出高效海水淡化結(jié)構(gòu)

來源：中科院化學研究所

利用太陽能進行海水淡化具有重大的應用前景。為提高海水淡化速率和提高能源利用效率，研究人員提出了利用新型光熱轉(zhuǎn)換材料降低熱損耗、構(gòu)筑有效的水/蒸汽傳輸界面，以及提高光熱轉(zhuǎn)換材料的耐用性等策略。然而，目前的海水淡化裝置能耗較高，海水淡化的效率、耐久性均有待提高，尤其是鹽度升高后的持續(xù)淡化仍然是一個巨大挑戰(zhàn)。

圖：3D蒸發(fā)器的制備，3D蒸發(fā)梯度及頂部鹽結(jié)晶性質(zhì)

最近，在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下，中科院化學研究所綠色印刷重點實驗室科研人員在前期構(gòu)建的快速連續(xù)3D打印體系（Research, 2018, 2018, 4795604）基礎上，研究人員與美國麻省理工學院教授Nicholas Fang課題組合作，利用3D打印技術構(gòu)造了三維錐形不對稱結(jié)構(gòu)蒸發(fā)體系，在高鹽度下實現(xiàn)了高效太陽能利用和高速水蒸發(fā)。為實現(xiàn)高效的光熱轉(zhuǎn)換和海水蒸發(fā)，通過有效熱管理實現(xiàn)高效水傳輸和蒸發(fā)至關重要。

研究表明：所設計的3D錐形結(jié)構(gòu)表面可以束縛梯度厚度的水膜，同時3D蒸發(fā)器的不同高度對太陽光的吸收不同，導致水的蒸發(fā)存在蒸發(fā)梯度，主要的蒸發(fā)位點為3D結(jié)構(gòu)的頂部，因此水膜沿3D結(jié)構(gòu)的側(cè)壁呈現(xiàn)溫度梯度，并由于馬蘭戈尼效應使水流向更快的蒸發(fā)區(qū)域，從而顯著提高水蒸發(fā)速率和能量的利用效率。高鹽度水蒸發(fā)時，水膜厚度梯度和蒸發(fā)場梯度導致3D結(jié)構(gòu)表面存在鹽的濃度梯度和頂部鹽結(jié)晶特征，結(jié)晶的鹽很容易去除，因而可以連續(xù)工作。該系統(tǒng)的海水淡化速率達1.72kgm-2 h-1，有很強的應用前景。

該研究成果近日發(fā)表于《自然-通訊》（Nat. Commun., 2020, 11, 521）上。