Spatially Janus‐Like Solar Evaporator with High Evaporation Rate and Enhanced Salt Processing Capacity

材料科学 蒸发 结晶 太阳能淡化 海水淡化 化学工程 卤水 蒸发器 杰纳斯 传质 热稳定性 盐(化学) 热的 锥面 多孔性 产量(工程) 太阳能蒸馏器 传热 纳米技术 多孔介质
作者
Jinliang Zhang,Shiwei Chen,Yanlei Wang,Wenjia Guo,Hao Li,Hongyan He
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (28)
标识
DOI:10.1002/adfm.202526145
摘要

Abstract Solar‐driven interfacial evaporation with controllable salt crystallization provides an effective route toward zero‐liquid‐discharge desalination. However, conventional Janus evaporators often face intrinsic trade‐offs between high evaporation efficiency and controlled salt crystallization. Herein, a spatially distributed 3D Janus evaporator featuring an embedded conical evaporation core and peripheral hydrophilic water‐supply regions is proposed. By tuning the poly(vinyl alcohol)/chitosan ratio, robust double‐network hydrogels with interconnected porous channels are constructed, ensuring both mechanical stability and efficient water transport. The introduction of SiO 2 nanoparticles enables spatially graded hydrophilic‐hydrophobic interfaces, thereby achieving strong thermal localization, reduced water content at the evaporation surface, and regulated salt crystallization guided by geometric confinement. Experimental and theoretical analyses reveal that the conical‐core geometry optimizes the coupling between heat and mass transfer, maintaining stable evaporation and controlled crystallization even under high‐salinity conditions. Under 1 sun irradiation, the evaporator achieves an evaporation rate of 4.18 kg m −2 h −1 and a salt yield of 801 g m −2 h −1 , maintaining long‐term stability over eight light‐dark cycles (20 wt.% NaCl). This study presents a spatially engineered strategy for integrating efficient evaporation and directional salt collection, offering new insights for sustainable zero‐liquid‐discharge desalination and brine management.
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