最新光熱海水淡化研究進(jìn)展

科技發(fā)展的今天，越來越多團(tuán)隊(duì)研究太陽能的轉(zhuǎn)換效率，近日，能源領(lǐng)域期刊Energy & Environmental Science(IF=33.250)發(fā)表了有關(guān)超高效太陽能海水淡化研究成果"Ultrahigh-efficiency desalination via a thermally-localized multistage solarstill"，該論文由上海交大制冷與低溫工程研究所ITEWA創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的徐震原副教授和王如竹教授與麻省理工學(xué)院Lenan Zhang博士和Evelyn N. Wang教授等合作完成，上海交通大學(xué)為第一完成單位。

全被動(dòng)式的太陽能海水淡化是解決海水淡化技術(shù)適應(yīng)性的完美方案，且適用于缺乏基建和偏遠(yuǎn)地區(qū)，然而其效率一直偏低(約35%)。近年來，太陽能界面蒸發(fā)為高效便攜式海水淡化提供了新的思路，成為了能源科學(xué)、材料科學(xué)和熱科學(xué)的交叉領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，但在其效率仍然十分有限(約100%)。

本研究提出的“界面局部加熱型多級太陽能蒸餾架構(gòu)”結(jié)合了太陽能界面局部加熱和蒸汽焓回收，突破了前述研究的局限，顯著提升了被動(dòng)式太陽能海水淡化的效率。在該論文中研究團(tuán)隊(duì)指出系統(tǒng)性的能量傳遞優(yōu)化，而非高性能材料，是達(dá)到超高效太陽能海水淡化的關(guān)鍵。通過采用商用和低成本材料搭建的實(shí)驗(yàn)裝置，研究團(tuán)隊(duì)在一個(gè)太陽輻照條件下創(chuàng)紀(jì)錄地實(shí)現(xiàn)了385%的效率和5.78L·m-2·h-1的海水淡化產(chǎn)水率。除此之外，該裝置可以通過毛細(xì)作用進(jìn)行被動(dòng)補(bǔ)水，同時(shí)通過鹽分在夜間的反向擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)被動(dòng)排鹽，保證長效穩(wěn)定的被動(dòng)式工作。

該研究所達(dá)到效率比2018年12月發(fā)表于Nature Sustainability和2019年7月發(fā)表于Nature Communications的被動(dòng)式太陽能海水淡化效率記錄分別高出約2.8倍和2倍，成為該領(lǐng)域的效率新記錄。

該工作為解決偏遠(yuǎn)或離網(wǎng)地區(qū)淡水短缺問題提供了實(shí)際解決方案，也為界面太陽能蒸發(fā)走向?qū)嵱没透咝Щ峁┝巳滤悸泛屠碚摽蚣堋?

該研究工作獲得了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51976123)和創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目(51521004)的資助。王如竹教授領(lǐng)銜的ITEWA創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(Innovative Team for Energy, Water & Air)致力于解決能源、水、空氣交叉領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)性科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過學(xué)科交叉實(shí)現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，近兩年來已經(jīng)在Joule上發(fā)表論文3篇，在Advanced Materials，Angewandte Chemie, iScience以及Energy Storage Materials上發(fā)表論文各1篇。如果某一天人們能高效利用太陽能，相信能解決很大的能源問題，畢竟太陽能是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的，能保證人類的永續(xù)發(fā)展，需要我們科研人員更加努力。