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苏大、中科大合作:具有垂直聚苯胺纳米纤维层状结构的光热膜用作高效的太阳能膜蒸馏海水淡化
高分子科学前沿 / 时间:2021-04-19 23:27:37

高分子科学前沿4月17日讯:太阳能膜蒸馏是一种简单有效、可持续的净水技术,能利用太阳能从污水和海水等不可饮用的水源中获取干净的饮用水。然而,已有光热膜用作太阳能膜蒸馏系统的产水效率普遍较低。因此,设计具有高产水效率的光热膜用作太阳能膜蒸馏系统势在必行。飞蛾的眼睛上覆盖着抗反射的纳米结构,使其能够在黑暗中视物,同时也防止光线从眼睛反射,减少鸟类、青蛙等捕食者的注意,使其在夜间具有伪装隐蔽性。

近期,苏州大学靳健教授课题组和中科大李文卫教授课题组合作,受飞蛾眼部的抗反射纳米结构的启发,设计开发一种垂直聚苯胺(PANI)纳米纤维层状结构的光热膜用作高效的太阳能膜蒸馏海水淡化。采用化学氧化聚合法,在疏水的聚偏二氟乙烯(PVDF)微滤膜表面生长上一层垂直排列的聚苯胺纳米纤维层。该纤维层能有效地降低对太阳光的反射和透过,具有极强的光捕捉效应,能吸取高达95%的太阳光,从而将更多的太阳能转化为水蒸气。因此,在一个太阳辐照下,该光热膜取得1.09 kg m-2 h-1产水速率和74.15%的太阳能利用效率。此外,垂直排列的聚苯胺纳米纤维层的构建方法适用于大部分的商业高分子微滤膜。这种具有光捕捉效应的仿生结构为实现具有高产水效率的光热膜用作太阳能膜蒸馏海水淡化提供了一个潜在的解决策略。

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图1. (a)蛾眼结构;(b)太阳能膜蒸馏示意图和垂直聚苯胺纳米纤维层状结构对太阳光的捕捉效应;(c-d)不同放大倍数下的垂直聚苯胺纳米纤维层的顶部SEM图;(e)垂直聚苯胺纳米纤维层的截面SEM图。

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图2. (a)三种膜的LEP值和表面润湿性;(b)一个太阳辐照下三种膜的滤液通量和太阳能利用效率;(c)一个太阳辐照下进料液中盐浓度对PANI4-m膜的滤液通量和太阳能利用效率的影响;(d)一个太阳辐照下PANI4-m膜对具有不同盐浓度的进料液的盐截留率;(e)一个太阳辐照下PANI4-m膜的太阳能膜蒸馏稳定性测试;(f)对比文献。

近期,上述工作以“Bio-inspired vertically alignedpolyaniline nanofibers layer enabling extremely high-efficient solar membranedistillation for water purification”为题发表于《Journal of Materials Chemistry A》。文章的第一编辑为苏州大学博士生彭雨冰,中国科学技术大学博士生王云杰为论文的共同一作,苏州大学靳健教授和中国科学技术大学李文卫教授为论文的共同通讯编辑。该课题得到了国家自然科学基金杰出青年科学基金(51625306)和国家自然科学基金基础科学中心(21988102, 51873230,51821006)等项目的支撑。


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