Um três

npj Clean Water volume 6, Número do artigo: 12 (2023) Citar este artigo

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A evaporação interfacial da energia solar é uma medida eficaz para aliviar a atual escassez global de recursos de água limpa. No entanto, muitos evaporadores solares são dispositivos estruturados bidimensionais (2D) desenvolvidos através do revestimento de materiais que absorvem luz na superfície dos materiais hospedeiros, e a eficiência da geração de vapor solar é limitada. Por esta razão, o presente estudo relata um método fácil e ecológico para construir um evaporador cônico tridimensional (3D) de madeira, que utiliza madeira flexível como substrato e complexo de ácido tânico como material absorvente de luz e é formado por mais convolução. O projeto estrutural razoável e a combinação de materiais permitem que o evaporador apresente excelente resistência ao mofo e desempenho de evaporação altamente eficiente. A decoração preta melhora consideravelmente a absorção de luz da madeira, resultando em alta absorvância (>90%) de DW-TA-Fe3+ na faixa de comprimento de onda de 200–800 nm. A taxa de evaporação de água do evaporador de cone de madeira pode atingir até 1,79 kg m-2 h-1, cerca de 1,6 vezes maior que a do evaporador 2D. Além disso, o evaporador apresenta excelente estabilidade biológica e desempenho eficaz de dessalinização. Espera-se que este trabalho ofereça uma nova direção no projeto de um evaporador de madeira 3D para dessalinização eficaz da água solar.

A escassez de água potável é hoje um dos principais desafios urgentes devido ao boom populacional e ao desenvolvimento industrial1,2,3. Para mitigar esse problema, muitas tecnologias como eletrodiálise4, destilação por membrana5, osmose reversa6, destilação multiefeito (MED), dessalinização por adsorção (AD)7,8,9,10,11,12, etc., têm sido utilizadas para limpeza. produção de água, no entanto, que têm aplicação limitada devido ao processo relativamente complexo, bem como ao alto custo e que têm aplicação limitada devido ao processo relativamente complexo, bem como ao alto custo e baixo índice de desempenho universal padrão (10-13%, foi calculado com base na energia primária padrão)13. A evaporação interfacial solar utilizada para dessalinização é um método eficaz e sustentável para aliviar a escassez de recursos de água doce14,15,16,17. Diferente da evaporação solar tradicional (aquecimento de grande quantidade de água)18,19,20,21, esta tecnologia utiliza uma estrutura específica para confinar a energia à camada absorvente de luz, permitindo a evaporação da água na superfície da estrutura, reduzindo efetivamente a perda de calor. e alcançar maior eficiência de evaporação22,23,24,25,26,27.

Vários materiais fototérmicos foram introduzidos em sistemas de evaporação interfacial solar, como íons nanometálicos28, óxido de grafeno29, polipirrol30, etc. O desempenho eficiente da evaporação foi alcançado melhorando a taxa de absorção e reduzindo a perda de calor dos dispositivos de evaporação fototérmica31,32,33, 34,35,36,37. Ao decorar nanopartículas metálicas na madeira natural, Zhu et al. projetaram um material plasmônico com alta taxa de absorção de 99% na faixa de comprimento de onda de 200–2500 nm . Feng et al. desenvolveu um evaporador solar por meio da calcinação de esponjas de melamina (MS). O MS calcinado com isolamento térmico alcançou uma taxa de evaporação solar ultrarrápida (1,98 kg m-2 h-1) e alta eficiência fototérmica (~92%)39. Yan et al. estudaram um aerogel ultraleve de palha de milho / grafeno com eficiência de conversão de energia solar de 95% por redução hidrotérmica a baixa temperatura e secagem atmosférica usando cristais de gelo como modelos . Madeira natural de baixo custo foi utilizada como evaporador para dessalinização solar devido à sua estrutura microporosa e excelente hidrofilicidade. A maioria das pesquisas construiu dispositivos planares revestindo materiais absorvedores de luz nas seções transversais e longitudinais da madeira natural41,42,43,44. Atormentadas por uma fabricação complicada e baixa taxa de evaporação, essas tecnologias exigem melhorias adicionais no desempenho de evaporação. No entanto, a escolha dos materiais atingiu o gargalo da eficiência e é difícil ultrapassar o limite teórico da eficiência da conversão de energia.