近日，我院师生在国际知名期刊Chemical Engineering Journal（IF=16.744）上在线发表了题为“Sandwich-structured MXene/wood aerogel with wasteheat utilization for continuous desalination”的研究论文【Chemical Engineering Journal 454 (2023) 140362】，该论文是以上海第二工业大学硕士研究生高欢为第一作者，上海第二工业大学能源与材料学院邴乃慈副教授和于伟教授共同指导的成果。

　　图1.图文信息

　　太阳能驱动的界面蒸发技术在海水淡化中显示出良好的前景。然而，间歇性的太阳能照射和连续脱盐过程中的盐分沉积导致的能源效率降低是应用中的巨大障碍。在此，我们报告了一种三明治结构的MXene/木质气凝胶与相变材料（PCMs）耦合的高效和连续脱盐的蒸发器。DWA的多级水传输通道以及MXene和DWA增强的热局域化效应优化了蒸发器的性能。PCMs块作为余热回收模块在很大程度上减少了热损失。在一次太阳照射下，蒸发率达到2.0 kg·m-2·h-1，能源效率达到92.6%。淡水产量可以达到15kg·m-2·day-1。在间歇性太阳能照射下的蒸发率也高达1.77 kg·m-2·h-1。连续蒸发5天，蒸发性能以及盐分积累都没有明显下降。分析了太阳能驱动的界面蒸发能量平衡、水分运输、热局域化和抗盐机制。这项工作为打破传统太阳能界面蒸发的局限性，实现间歇性太阳能照射下的稳定脱盐提供了很好的途径。

　　图2. d-Ti3C2、DWA、d-Ti3C2-DWA和SDIECP系统的制备过程示意图

　　图3. d-Ti3C2、DWA、d-Ti3C2-DWA的微观表征

　　图4. d-Ti3C2、DWA、d-Ti3C2-DWA的水输运性能

　　图5. d-Ti3C2、DWA、d-Ti3C2-DWA的热局域化性能

　　图6. d-Ti3C2、DWA、d-Ti3C2-DWA的水蒸发性能

　　图7. d-Ti3C2、DWA、d-Ti3C2-DWA的抗盐性能

　　图8. SDIECP系统蒸发过程的能量平衡机理

　　图9. SDIECP系统的户外测试性能

　　小结

　　在这项研究中，我们开发了一个用于海水淡化的三明治结构SDIECP系统。该系统主要由DWA榫卯结构、d-Ti3C2-DWA光热蒸发层和一个PCM余热回收模块组成。我们通过使用交替辐照模拟了阴天的太阳能脱盐。蒸发率高达2.0 kg·m-2·h-1，能源效率为92.6%，在一个太阳的照射下，每天的淡水产量可以达到15 kg·m-2·day-1。更重要的是，在间歇性太阳光照下的蒸发率也高达1.77 kg·m-2·h-1。此外，在连续蒸发5天的情况下，蒸发性能以及盐分积累都没有大的下降。高蒸发率归因于d-Ti3C2的高光吸收、光热转换和DWA的各向异性分层多孔结构之间的协同效应，该结构具有热定位和有效的水传输功能。此外，高的太阳能效率来自于PCMs对蒸发过程中能量损失的再利用。它具有高效的光热转换、快速的水传输、水汽溢出和合理的余热储存和释放，克服了太阳能的间歇性，从而提高了整体能源效率。这项工作所构建的系统为绿色、高效和可持续的淡水生产提供了一个有前途的解决方案。