【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】水資源短缺是21世紀(jì)最重要的全球性問(wèn)題之一。聯(lián)合國(guó)報(bào)告顯示，全球約四分之一的人口無(wú)法獲得安全的飲用水。近年來(lái)，太陽(yáng)能輻射驅(qū)動(dòng)的海水淡化新方法獲得了極大的關(guān)注。青島能源所崔球研究員帶領(lǐng)的代謝物組學(xué)研究組，在前期對(duì)紙漿泡沫材料研發(fā)的基礎(chǔ)上，通過(guò)天然橡膠的協(xié)同增強(qiáng)和泡沫表面碳化，開(kāi)發(fā)出一種高穩(wěn)定性、低成本、且易于規(guī)模化制備的新型纖維素基太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)化材料。
 

　　紙漿泡沫是一種廉價(jià)、環(huán)保的新型多孔材料。它以紙漿纖維為原料，利用表面活性劑在紙漿纖維分散液中常溫常壓空氣發(fā)泡，泡沫可阻止纖維液相絮聚以及干燥坍縮，從而形成均勻的多孔結(jié)構(gòu)，濾水干燥后制得泡沫材料。研究人員在前期研究中借助硼離子交聯(lián)和引入適量天然聚合物，開(kāi)發(fā)出可實(shí)現(xiàn)功能性定制化加工的新型紙漿泡沫材料(授權(quán)發(fā)明專利ZL201910006983.2, ZL201910007105.2; Chem. Eng. J., 2019, 371, 34-42; Carbohydr. Polym., 2022, 278, 118963)，在新型綠色包裝、建筑、保溫隔熱和吸音等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。
 

　　為了進(jìn)一步提高紙漿泡沫材料的抗水性，研究人員引入天然橡膠作為交聯(lián)劑，采用簡(jiǎn)易的表面碳化工藝賦予碳化后的紙漿泡沫材料(CPNR)優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化效果。CPNR 由頂部的光熱轉(zhuǎn)換層及下部的紙漿泡沫層組成，無(wú)需界面粘合或改性處理。頂部光熱轉(zhuǎn)換層具有優(yōu)異的光吸收能力(93.2%)，可以吸收入射的太陽(yáng)光并通過(guò)光熱轉(zhuǎn)換作用將其轉(zhuǎn)化為熱量，從而驅(qū)動(dòng)水分蒸發(fā)。下部的紙漿泡沫層可以將水分由底部傳導(dǎo)運(yùn)輸至頂部光熱轉(zhuǎn)換層。而且，CPNR 的多孔結(jié)構(gòu)、低導(dǎo)熱性(0.1 W mK-1)和豐富的羥基結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的隔熱和吸水性能(9.9 g g-1)。本研究制備的CPNR在一個(gè)模擬太陽(yáng)光照強(qiáng)度下，水蒸發(fā)速率和效率分別達(dá)1.6 kg m-2 h-1和98.1%。此外，CPNR還具有優(yōu)異的鹽分自清潔及防止鹽分累積的性能，并且采用來(lái)源廣泛的纖維素及簡(jiǎn)單的表面碳化工藝，使其成本效益顯著優(yōu)于現(xiàn)有的光熱轉(zhuǎn)化材料。模擬實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這種新型纖維素基光熱轉(zhuǎn)化材料可用作水蒸發(fā)器，有望用于海水淡化、鹽/金屬離子濃縮和污水處理等領(lǐng)域。
 

　　相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表于ACS Appl. Mater. Inter《美國(guó)化學(xué)會(huì)-應(yīng)用材料與界面》，論文第一作者是聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生的張義棟(芬蘭埃博學(xué)術(shù)大學(xué))，通訊作者是青島能源所的劉超高級(jí)工程師、李濱研究員，及加拿大湖首大學(xué)的Pedram Fatehi教授。
 

　　相關(guān)系列研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)杰出青年基金、山東能源研究院和青島市等項(xiàng)目的大力支持。