具有局部加热功能的PDMSCNTPVDF

由于世界范围内人口的快速增长和工业化,水能关系的重要性越来越大。目前,获取充足的淡水是一个重大的问题,三分之一的全球人口。尽管有许多商业化的海水淡化技术,包括膜淡化(MD)、反渗透(RO)和正向渗透(FO),但它们都不能解决与水-能量关系相关的挑战。因此,生活污水、高盐工业废水和海水的高效低能耗处理正受到人们的积极探索。太阳能是一种很有吸引力的废水处理和海水蒸馏能源,可以帮助缓解世界范围内的淡水短缺,并将环境影响降至最低。

膜蒸馏是一种海水淡化技术,与低温热源结合使用显示出巨大的潜力,可用于废水处理、海水淡化和混合物分离。在MD过程中,水通过疏水膜蒸发,由于蒸汽压的不同,所产生的蒸汽进入到冷进料液中。液态水和盐离子不能穿透疏水膜。MD工艺的独特优势是只需要低温热源,可以与太阳能、工业废热等可再生能源兼容,降低整体能源消耗,有利于水-能关系。一些研究将太阳能收集系统和膜蒸馏结合起来利用太阳能进行海水淡化。例如,Taylor等人进行了一项实验研究,使用集成的太阳能膜蒸馏(SMD)原型机,将膜蒸馏模块直接内置到真空太阳能管中,以每天4升的速度产生饮用水。Saeed等人制作了一个混合系统,该系统结合了集热器、光伏板和真空多效膜蒸馏装置,以获得1.5-2.6Lm?2h?1的蒸馏通量。尽管引入太阳能可以减少能源消耗,但这些系统中的海水仍然从外部加热并送往热进料,导致“温度极化”效应,降低了蒸馏效率。

最近,太阳驱动的界面蒸发过程与MD中使用的过程类似,加入了光热转换材料,如金属纳米粒子(NPs)、碳基材料、半导体复合材料、泡沫、气凝胶,实现局部加热水,提高蒸发效率。然而,太阳能驱动的界面蒸发只产生蒸汽,收集纯化的液态水仍然是一个问题。SMD受界面蒸发和传统膜蒸馏工艺的启发,利用太阳能和一种能够光热转换的疏水膜实现热进料海水的局部加热,从而提高淡水产量和能源效率。目前,已经制备了许多复合膜来增强SMD工艺。Vankele


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