水资源短缺和废物管理不善是威胁全球人口健康和可持续未来的全球危机。为了帮助缓解这两个问题，美国东北大学郑义教授课题组开发并展示了一种完全由落叶和瓜尔胶（两种天然材料）组成的太阳能海水淡化装置。这种可持续的海水淡化器在 1 个太阳辐照度下实现了 2.53 kg m−2h−1的蒸发速率。此外，它在各种太阳强度和高盐度环境下都能有效地生产淡水。如此强劲的表现得益于其出色的太阳能吸收率、快速的吸水性、低导热性和持续的脱盐能力。这种太阳能水蒸发器基于落叶和瓜尔胶采用生物废物材料，制造工艺简单，为缓解水资源短缺和支持绿色前进提供了低成本和可持续的途径。
封面图
相关论文以题为Forest waste to clean water: natural leaf-guar-derived solar desalinator发表在《Nanoscale》（DOI: 10.1039/D1NR04883J），同时并被选为封面图片。通讯作者是美国东北大学郑义教授。
图 1：定性表征、蒸发机理和制造工艺。(a) 界面蒸发机理示意图。海水淡化器由入射的太阳辐射加热，使海水蒸发，由于毛细作用力被泵送到其顶部表面。随着水的蒸发，盐被留下，随后被排回散装水源。(b) 漂浮在海水上的叶瓜尔脱盐器（左）和顶视图（右）。插图显示漂浮在同一海水上的生叶（左）和横截面多孔结构（右）。(c) 该海水蒸发器的制作工艺：1、获得原叶；2. 去除叶茎并混合叶子至细粒度；3. 叶粒用水漂洗并旋转2小时，以增强粒子的均匀性和结合力。过滤湿混合物隔夜去除多余的水分；4. 手工将瓜尔胶混入滤过的叶子中，以增加混合物的稳定性；5. 将瓜尔叶混合物在模具中手工压制以压缩并确定其形状。用刀片从侧壁上去除大约 0.5 毫米的材料，以更好地暴露内部多孔结构；6. 瓜尔叶混合物在真空炉中在 500°C下碳化 1 小时，然后在 HNO3 中处理在 65°C 下放置 2 小时以提高吸水率。
图 2 海水淡化器特性。(a) 该海水蒸发器与制造其他阶段样品的吸水率对比过程（未经处理的脱盐器、未碳化的脱盐器和生叶样品（不含瓜尔胶））。(b) 该海水蒸发器的可见光和近红外吸收率与其他制造阶段样品的吸收率相比，均处于湿态和干态。(c) 该海水蒸发器的 FTIR 透射光谱，以及其他制造阶段的样品。（ d ）在湿和干状态下，该海水蒸发器与其他制造阶段样品的热导率。(e) 与制造过程中其他步骤的样品相比。(f) 未经处理和处理过的该海水蒸发器的顶面、宏观和微观孔隙率。箭头表示每组测量的相应轴。假定单位深度来计算孔隙率。(g) 在不同入射角的吸收，相对于太阳辐照度光谱进行归一化，波长范围为 300–2500 nm。(h) 高速摄像机图像捕捉到未经处理的海水淡化器（左）难吸水和处理过的海水淡化器的快速吸水（右）。(i) 不同阶段该海水蒸发器样品的接触角测量的制造过程。
图 3 该海水蒸发器未碳化样品的 SEM 图像（a）顶视图和（b 和 c）横截面视图。碳化未处理样品的 SEM 图像 (d) 顶视图和 (e 和 f) 横截面视图。碳化处理样品的 SEM 图像 (g) 顶视图和 (h 和 i) 横截面视图。该图说明未碳化样品缺乏碳化样品的多孔结构，此外化学处理大大增加了顶面孔隙率，从而增加了吸水率。
图 4 蒸发率和热响应。(a) 在 1 个太阳照射下长期使用的该海水蒸发器的每小时蒸发率 (b) 用于太阳能海水淡化测试的实验装置示意图。(c) 瓜尔豆叶脱盐器在 1 太阳下水中的长期质量变化，以及该海水蒸发器和纯水的暗环境质量变化。(d) 单独的海水淡化器和 (e) 1 太阳下不同时间水面上的海水淡化器的热像仪图像。(f) 单独的海水蒸发器、水面上的海水蒸发器和纯水在 1 太阳下的温度响应。
来源：高分子科学前沿
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
查看原图 114K