传统的分离与纯化技术是一个高能耗、高成本的过程,在当前能源危机和环境压力不断增加的情况下,急需革新技术以突破能耗障碍。太阳能是一种清洁、可再生能源,高效开发和利用太阳能得到全世界的重视,也是我国可持续发展战略的重要内容。太阳能光热蒸发技术因其可持续、低/无能耗、零CO2排放等特点,近年来成为分离领域的研究热点,在海水淡化、污水净化等方面展现出巨大应用潜力。其中光热转化材料是该技术的核心,主要包括等离激元材料、碳纳米材料和半导体材料三类材料,然而制备复杂、成本高、稳定性低等是当前限制光热材料推广和阻碍光热技术发展的主要原因,因此研发高转化效率、低成本、高稳定性和普适性的光热转化材料显得尤为重要和迫切。
近日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所刘富研究员团队在前期光热材料多介质纯化应用研究的基础上(J. Mater. Chem. A 2019, 7, 586-593),发展了一种低成本的全生物质光热蒸馏器,并实现了从多种含水介质中提取纯水(如图1)。基于水稻秸秆生物质,通过限氧裂解方法得到多孔碳基光吸收材料,并与细菌纤维素复合制得高稳定性、高机械强度的光热蒸发膜,太阳光吸收达89.4%。同时利用秸秆生物质的空腔结构作为汲水通道和支撑体来构筑界面蒸发系统,水稻秸秆独特的毛细内腔和壁面多级微纳结构赋予该原生通道优异的无障碍供水能力。由光热蒸发膜和汲水通道组装成的全生物质光热蒸馏器,用于模拟海水淡化装置进行连续室外运行,在晴天和多云天气下日产水量分别为6.4~7.9kgm-2和4.6~5.6kgm-2,且直接达到饮用标准(盐离子去除率保持在99.9%以上)。除了适用于海水淡化,该生物质光热蒸馏器还可从滩涂、湿地、沼泽等含水介质中稳定提取纯净水,展现出良好的普适性。相关工作发表在ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019, DOI: 10.1021/acsami.9b00291,该工作得到阿卜杜拉国王科技大学Peng Wang教授的合作支持。
除了水溶液,研究团队针对有机溶剂体系的分离与纯化,进一步研发了耐溶剂光热材料,首次系统性研究了太阳能光热蒸发技术在有机溶剂纯化中的应用。普鲁士蓝(PB)是一类典型的Fe2+-C≡N-Fe3+面心立方晶配位聚合物,具有优异的水溶液和有机溶剂稳定性,晶体内Fe2+和Fe3+可发生电荷转移赋予PB特定的光热效应,然而结晶度和晶体空位是影响PB光热转化效率的关键因素。课题组基于单一铁源,通过慢速结晶的配位聚合,合成低空位率、高结晶度的普鲁士蓝(PB)纳米立方晶体(如图2),并通过原位生长将其负载在同样耐溶剂的棉纤维(CF)基体上,载量可控且结合稳定。制备的PB@CF复合纤维材料综合了光热转化和溶剂自汲取功能,光吸收达到93.7%;成功应用于水和一系列有机溶剂(介电常数2.38~37.78)的光热纯化,在保持99.9%去除率的前提下,蒸发通量从丙酮的29.2 Lm-2h-1到N-甲基吡咯烷酮的0.73Lm-2h-1不等(一个太阳下),与溶剂蒸发焓成显著负相关。对部分有机溶剂的纯化效率与传统压力驱动的耐有机溶剂纳滤膜相当。此外对高极性溶剂(DMAC)呈现出稳定的光热蒸发性能,对DMAC溶剂纯化运行3个月仍可保持稳定蒸发速率。该研究结果有望应用于化工和医药领域的溶剂体系分子筛分、溶剂回收、催化剂循环利用等,相关工作发表在J. Mater. Chem. A 2019, DOI: 10.1039/C9TA00798A。
以上工作得到国家自然科学基金委面上项目(51603209),国家自然科学基金委与香港研究资助局联合项目(5161101025、N-HKU706/16)以及宁波市科技局(2017C110034)等项目支持。
图1 全生物质光热蒸馏器设计与光热蒸发性能
图2 针对系列有机溶剂纯化的高可靠普鲁士蓝(PB)光热转化器件设计
(高分子事业部 方齐乐 刘富)
(来源:中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
宁波材料所在太阳能界面光热转化及多介质纯化方面取得进展
本站小编 Free考研/2020-05-25
相关话题/材料 技术
来自晶体半导体的光控制技术 为太阳能发展创造可能
近日,在《绿色能源简报》上,一项关于来自晶体半导体的光控制技术研究,可能会是太阳能和电子学的重大突破。这项新发现可能在太阳能和电子工业中开辟一系列的可能性。科学家们发现了一种用光控制技术的方法。物理学教授维塔利·波德佐罗夫,这是第一次对材料的发光进行如此大范围的电压可逆控制。以前,要改变发光的强度, ...中科院半导体研究所 本站小编 Free考研 2020-05-25福建物构所氰尿酸盐紫外非线性光学晶体材料研究获进展
非线性光学晶体因其频率转换性能广泛应用于扩展激光光源的频率。而对于紫外波段的激光光源的迫切需求,使得探索新一代性能更加优异的紫外非线性光学晶体成为当前研究的重点和热点。中国科学院福建物质结构研究所光电材料化学与物理重点实验室叶宁课题组在国家****基金、国家自然基金重大计划、中科院战略性先导科技专项 ...中科院半导体研究所 本站小编 Free考研 2020-05-25《自然·纳米科技》报道王肖沐、缪峰、施毅合作团队二维材料弹道雪崩现象最新成果
半导体PN结是集成电路的“技术心脏”,在其应用中反向击穿是一类基本的物理过程。基于雪崩反向击穿机制的光电探测器是实现单光子探测的重要手段,目前已成为通信网络,光谱技术以及量子通讯等应用中的核心部件。但是传统的雪崩击穿过程需要强电场激发,随机散射严重;造成器件在小偏压,低噪声、可集成以及鲁棒性等方面面 ...中科院半导体研究所 本站小编 Free考研 2020-05-25合肥研究院在波长调制吸收光谱技术研究方面取得新进展
近日,中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所研究员高晓明课题组在提高波长调制吸收光谱测量系统的稳定性方面取得新进展,相关研究成果以《波长调制光谱气体传感中激光频率锁定和强度校正技术的研究》(Laser frequency locking and intensity normalizati ...中科院半导体研究所 本站小编 Free考研 2020-05-25韩国半导体新进展 石墨烯量子点技术再上层楼
韩国开发出更有效的超微细半导体粒子的“石墨烯量子点”技术,预计能对新一代电子产品的元件“单电子晶体管”发展做出贡献。蔚山科学技术研究院(UNIST)表示,自然科学部申铉锡教授的小组开发出“能在六方晶系氮化硼(h-BN)单一层内规律排列石墨烯量子点的二维平面复合体”的技术,同时,用六方晶系氮化硼控制一 ...中科院半导体研究所 本站小编 Free考研 2020-05-25全球首款3D原子级硅量子芯片架构问世 有望加速实现技术的商业化
澳大利亚新南威尔士大学近日发布消息称,该校量子计算与通信技术卓越中心(CQC2T)的研究人员已经证明,他们开创性的单原子技术可以适用于构建3D硅量子芯片,实现具有精确的层间对准和高精度的自旋状态测量,并达成全球首款3D原子级硅量子芯片架构,朝着构建大规模量子计算机迈出了重要一步。由2018年澳大利亚 ...中科院半导体研究所 本站小编 Free考研 2020-05-25研究发现:涂抹式混合半导体或将改造照明技术
美国乔治亚理工大学(Georgia Institute of Technology)的一个国际研究团队证明了下一代半导体材料在改造照明技术方面的潜力。研究者发现混合半导体的量子粒子能够创造出理想的光电(光电子)特性。同时,粒子穿过这些新型材料,也能够使得材料本身参与到量子作用之中。同时,研究者能够测 ...中科院半导体研究所 本站小编 Free考研 2020-05-25科研人员合成半导体型类MXene二维过渡金属碳化物材料
随着柔性透明电子技术的兴起,二维半导体材料近年来备受关注,特别是直接带隙特性使得这些二维结构有望应用在光电子学领域。在过去十年里,研究者们已相继发展出MoS2和磷烯等典型的具有直接带隙的二维半导体材料。然而,MoS2的带隙是层数依赖性的,直接带隙仅能在单层结构中实现,而磷烯在空气环境中的化学性质不稳 ...中科院半导体研究所 本站小编 Free考研 2020-05-25科学家利用3D飞秒激光纳米光刻技术制备晶体纳米结构
导读: 材料的光学特性由其化学性质和固有的亚波长结构决定,尽管后者仍有待深入表征。YAG(钇铝石榴石)晶体中的亚波长衍射光栅和MOW(微结构光波导)。a)在可见光照射下,长度为厘米级、间距为700 nm光栅的图像。b)实验并计算了波长为1070 nm的亚波长光栅(间距为700 nm)的绝对衍射效率。 ...中科院半导体研究所 本站小编 Free考研 2020-05-25中国科大采用一种新型生物合成法制备纳米复合材料
中国科学技术大学1月27日消息,该校俞书宏教授研究团队采用一种新型生物合成法,首次制备出系列宏观尺度功能纳米复合材料。近日,《国家科学评论》在线发表了中国科大俞书宏教授研究团队这一最新研究成果。纳米材料具有许多优异的性能,将纳米材料组装成宏观尺度体材料可实现微观性能向宏观的“集成”,并实现许多新的且 ...中科院半导体研究所 本站小编 Free考研 2020-05-25