A Multiscale Porous 3D‐Fabric Evaporator with Vertically Aligned Yarns Enables Ultra‐Efficient and Continuous Water Desalination

材料科学 海水淡化 多孔性 超亲水性 蒸发器 蒸发 冷凝 复合材料 捆绑 聚光镜(光学) 纳米技术 化学工程 机械工程 润湿 热交换器 光学 光源 工程类 物理 热力学 生物 遗传学
作者
Zhiwei Lei,Shifeng Zhu,Xuantong Sun,Shao‐Nan Yu,Xuqing Liu,Kun Liang,Xueji Zhang,Xueji Zhang,Lijun Qu,Lili Wang,Xiansheng Zhang,Xiansheng Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (40) 被引量:139
标识
DOI:10.1002/adfm.202205790
摘要

Abstract Solar steam generation has emerged as an environment‐friendly and promising strategy to overcome the freshwater and energy crisis. However, simultaneously attaining the satisfied evaporation rate, durability and energy utilization in a single system is challengeable, but crucial to the practical application. Herein, inspired by the carpet weaving technique and benefiting from “fiber–yarn–fabric” hierarchical structures, a 3D fabric evaporator with vertical hemp‐yarn arrays is innovatively constructed, featuring a combined structure of multiscale pores from tunable spacing between adjacent fibers or yarns, the vertically aligned architecture coated with superhydrophilic MXene‐sandwiched layer and the adjustable side height/areas. These structures work cooperatively, surprisingly achieving the integrated functions of excellent light capture, the balanced evaporation area and vapor escape space, the additional energy adsorption from the environment and the salt exchange along or between micro/macro pores. Consequently, the 3D evaporator exhibits an outstanding evaporation rate (3.95 kg m −2 h −1 under one‐sun illumination) and extremely high outdoor evaporation (47.04 kg m −2 for 8 h), accompanied with outstanding salt‐resistance (continuous 120 h in 14% brine without salt accumulation), anti‐oilfouling and anti‐bacterial (efficiency over 99.9%) performances. Finally, through rationally assembling multi‐function modules with a condenser, an all‐in‐one “desalination–thermoelectricity–irrigation” platform is built, realizing the maximum utilization of steam condensation enthalpy.
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