近日，我院师生在国际知名期刊Journal of Cleaner Production（JCR一区，中科院一区TOP，IF= 9.4）上在线发表了题为“A novel photothermalcomposite membranes or solar pervaporation desalination”的研究论文。论文第一作者为我院硕士研究生岳亭亭，上海第二工业大学能源与材料学院――雷晖高级工程师为通讯作者，上海第二工业大学为唯一通讯单位。
1. 成果简介
渗透汽化（PV）技术将热处理与膜分离相结合，由于其单极分离速率高、能耗高，已成为一种很有前途的海水淡化工艺。然而，传统的渗透汽化系统需要对溶液进行加热，以建立跨膜的蒸气压差异，从而导致显著的能源消耗。相比之下，太阳能是一种清洁丰富的资源，使其与渗透汽化相结合是一种以较低的能源成本实现海水淡化的有效方法。本研究以碳纳米管（CNTs）和石墨烯纳米片（GNSs）为光热转换材料。开发了基于聚乙烯醇（PVA）与CNT 或 GNSs （PVA-CNT/PVA-GNSs）混合的光热复合膜，随后将其整合到新型太阳能渗透汽化（SPV）系统中。在该 SPV 系统中，溶液被太阳辐射加热，太阳辐射被膜上的 CNTs/GNSs 吸收，显著降低了与系统相关的能源成本。实验结果表明，在一个太阳光下，系统通量可达 3.02 kg m-2h-1，新型SPV 系统优于许多以往报道的太阳能海水淡化系统。本研究建立了一种低能耗 SPV 海水淡化方法，为利用渗透汽化技术开发实际海水淡化应用提供了一条有前途的途径。
2. 图文信息
图1 太阳能渗透汽化光热复合膜原理示意图
图2 (a). 光热复合膜制备流程. (b). 太阳能渗透汽化系统示意图
图 3.（a-c）PVA、PVA-CNTs和PVA-GNSs膜的SEM表面形态图像和接触角;（d�Cf）PVA-CNTs 膜的 SEM 横截面图像厚度 - 10、25、50 m;（g-i）PVA-GNSs 膜厚度 10、25、50 μm的 SEM 横截面图像
图4.（a） PVA、PVA-Tyzor、Tyzor的FTIR光谱图像，（b） PVA-Tyzor的TGA，（c） PVA-Tyzor的DTG，（d） PVA溶解度，（e） PVA分子链的交联，（f） PVA膜的接触角。
图 5.（a）蒸发实验过程中 CNT 和 GNSs 复合膜的真实图片;（b）模拟阳光强度下 CNT 和 GNSs 复合膜的成像图。
图 6.太阳能渗透蒸发性能：（a）产物水电导率和脱盐率，（b）不同浓度的 PVA-CNTs 和 PVA-GNSs 膜，（c）不同浓度和层厚的 CNTs 膜，（d）不同光照条件下 PVA、PVA-CNTs和 PVA-GNSs 膜的膜密度，（e） SPV 系统与文献报道的海水淡化技术的用水生产率比较。
图 7.（A） PVA-CNTs和PVA-GNSs膜的通量变化，（b） PTFE-PVA膜间结合能的能量分布
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2025.145290