具有多级通道的太阳能驱动渗透气化膜可实现高效海水淡化
1.背景介绍
清洁水源的短缺日渐成为全球性的挑战，迫使人们寻找新型的海水淡化技术。利用太阳能驱动的渗透气化分离技术，由于其低能耗、高能量转换效率及低排放等优势，逐渐成为解决水资源供给的重要途经之一。然而当前受限于热量传递、质量传递及静态吸附间的复杂关系，此技术仍面临蒸发速率较低、高盐度稳定性较差等挑战，难以对光热驱动渗透气化膜分离技术有效地水热管理，达到最佳分离效率。
2.工作内容
在本研究中，天津大学周凯歌-武美玲课题组构筑了一种纳米至微米级多尺度垂直通道，以实现太阳能驱动渗透气化膜的水热管理。通过冷冻干燥、离子交联和氢键重构三步法在壳聚糖基薄膜中精确调控通道尺寸，形成1 nm 至5 μm的多级垂直通道。在单日光辐照条件下，高纯水产率达到2.37 kg m−2 h−1 。同时，在10 wt% 高浓度盐水中，其可在50小时内保持2.34 kg m-2 h-1的高纯水产率。其高效稳定性及高机械强度，使其成为实现海水淡化资源利用的潜在解决方案。该工作得到自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所杨扬博士及天津大学杨永安教授、赵高峰教授的支持。
图1、具有多级垂直通道的渗透气化分离膜示意图，以其纳米至微米尺度的通道平衡水的动态传输、静态吸附及界面热量传递，从而实现高效太阳能驱动海水淡化技术。
图2、具有多级垂直结构壳聚糖基光热驱动渗透气化膜制备及结构表征。
图3、具有多级垂直结构的蒸馏膜中含水量、水传输与热量传输的平衡
图4、壳聚糖基光热驱动渗透气化膜分离性能。
图5、壳聚糖基光热驱动渗透气化膜的抗盐性以及稳定性测试
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1383586624008256?dgcid=author
Hierarchically aligned channels in the distillation membrane enable efficient solar powered desalination
3.导师介绍
周凯歌，天津大学分子+研究院教授，国家级青年人才项目入选者，2012年度英国皇家学会牛顿学者。在英国曼彻斯特大学、比利时天主教荷语鲁汶大学及兰州大学从事多年科学研究工作。专注于亚纳米孔道内的物质超快弹道传输研究，以可调自组装层状有序结构建立了电控纳流体器件的构筑策略，以限域传质原位表征技术揭示选择性超快输运的微观物理化学要素，引导高效选择性膜分离技术的开发及引用。以第一作者或独立通讯作者在包括：Nature、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano 等期刊上发表论文20篇，多篇论文入选 ESI高被引论文。
武美玲，天津大学分子+研究院英才副教授。博士毕业于中国科学院化学研究所，之后在德国和美国从事博士后工作。研究方向为电化学能源存储与转化中的关键膜材料开发及离子输运机制研究，聚焦低温燃料电池/电解水离子交换膜、二次电池电解质膜、电极/电解质界面电化学、膜电极等。以第一或通讯作者在Nat. Nanotechnol.、Nat. Comm.、Adv. Energy Mater.、Adv. Mater.等期刊发表论文，申请/授权专利共5项、获2022中国新锐科技人物闪耀潜力奖。主持国家自然科学基金青年基金。担任eScience青年编委。
