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综述:太阳能驱动界面蒸发器盐分管理策略的最新进展
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年05月28日 来源:Desalination 8.4
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这篇综述系统梳理了太阳能驱动界面蒸发(SDIE)技术中盐分管理策略的创新进展,提出五类蒸发器设计(Janus结构、梯度工程、导流式、隔离式、分段式),通过优化结构与材料实现蒸发速率>2?kg?m?2?h?1与盐分动态平衡(低盐度下近100?g?m?2?h?1),为海水淡化与盐资源回收提供关键技术支撑。
Abstract
太阳能驱动界面蒸发(SDIE)通过将光热转换局域化至气液界面,成为解决淡水短缺的革新性技术。然而,盐分在蒸发界面的沉积会降低光吸收率、阻塞微通道,最终导致蒸发效率衰减。最新研究通过结构创新实现了“蒸发-盐分积累”的动态平衡,五类蒸发器设计各具特色:Janus结构利用疏水/亲水层控制盐迁移路径;梯度工程通过温度/压力梯度驱动盐分定向移动;导流式设计引入功能材料实现热能再分配;隔离式将光热层与蒸发界面解耦;分段式则针对大规模系统优化盐分富集区。
Introduction
全球水资源危机促使海水淡化技术快速发展,但传统技术依赖化石能源且高盐废水排放威胁生态安全。SDIE技术凭借近100%的光热转换效率脱颖而出,MXene、碳纳米管等新型光热材料的应用进一步提升了性能。然而,盐分结晶问题成为制约其规模化应用的关键瓶颈——盐垢不仅反射光线,还会阻碍水分传输与蒸汽扩散。
Salt management strategy
盐分管理策略从两个物理机制突破:1)热毛细效应引发的表面张力梯度(?γ)驱动盐水径向迁移,结合溶解度温度系数(dC/dT)促使盐分在低温区优先结晶;2)依据Young-Laplace方程(ΔP=2γ/r),微孔结构中的强毛细作用加速流体传输,而大孔区更易形成盐结晶。基于此,五类蒸发器通过结构创新实现盐分定向收集:Janus结构蒸发器通过疏水层抑制盐沉积;梯度工程利用几何设计产生物理场差异;导流式蒸发器借助外部材料调控盐迁移;隔离式蒸发器分离光热与蒸发界面;分段式蒸发器则通过分区设计实现盐分空间控制。
Multifunctional applications of SDIE
这些创新设计不仅适用于海水淡化,还可拓展至盐碱地修复、高盐废水处理及能源生产领域。例如,盐分收集功能可同步实现淡水制备与矿物资源回收;热梯度设计能耦合热电材料发电;而模块化结构为大面积应用提供可能。
Conclusions and perspectives
尽管SDIE在蒸发速率(>2?kg?m?2?h?1)和盐收集效率(100?g?m?2?h?1)方面已取得突破,但长期稳定性、大规模集成及成本控制仍需优化。未来研究应聚焦多物理场耦合机制、环境友好材料开发及智能化系统设计,以推动该技术在“水-能-资源”联产领域的产业化应用。
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