Scalable, bio-inspired and self-floating bi-layer polyurethane foam solar evaporator with excellent capillary hydrodynamic effect

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作者
Lin Jin,Mingmei Wu,Hao Fang,Mingjie Wu,Shikuo Li,Hui Zhang,Yu Jiang,Fangzhi Huang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:482: 148909-148909
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.148909
摘要

Solar photothermal interfacial evaporation is one of the most promising strategies in seawater desalination and wastewater treatment, but its efficiency is limited by the trade-off between salt circulation and thermal positioning. Therefore, how to effectively control salt circulation and heat transfer to achieve high efficiency in a solar evaporator (SE) is a problem worthy of attention. Herein, inspired by water chestnut, a self-floating bi-layer foam consisting of a photo-thermal polypyrrole (PPy) coating and a lightweight polyurethane-carbon nanotube (PU/CNTs) foam matrix was constructed by simple liquid-phase in-situ polymerization and continuous in-situ polyurethane foaming technology. Based on the hydrodynamic effect of capillary wicking, the flow velocity control of aqueous solution in porous SE is realized by means of the bi-layer structure of macropores and micropores, and the heat transfer from the top photothermal zone to bulk water is slowed down without setting a separate thermal insulation layer. With the novel structure employed, an evaporation flux of 2.66 kg m−2 h−1 is achieved under 1 sun illumination. In addition, the SE with the length and width enlarged to 3 m and 1 m can be continuously evaporated in salt-saturated wastewater for 20 days without manual maintenance, and there is no obvious salt accumulation in the macroporous photothermal layer.
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