Graphene Array-Based Anti-fouling Solar Vapour Gap Membrane Distillation with High Energy Efficiency

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作者
Biyao Gong,Huachao Yang,Shenghao Wu,Guoping Xiong,Jun Yan,Kefa Cen,Zheng Bo,Kostya Ken Ostrikov
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Nature]
卷期号:11 (1) 被引量:80
标识
DOI:10.1007/s40820-019-0281-1
摘要

Photothermal membrane distillation (MD) is a promising technology for desalination and water purification. However, solar-thermal conversion suffers from low energy efficiency (a typical solar-water efficiency of ~ 50%), while complex modifications are needed to reduce membrane fouling. Here, we demonstrate a new concept of solar vapour gap membrane distillation (SVGMD) synergistically combining self-guided water transport, localized heating, and separation of membrane from feed solution. A free-standing, multifunctional light absorber based on graphene array is custom-designed to locally heat the thin water layer transporting through graphene nanochannels. The as-generated vapour passes through a gap and condenses, while salt/contaminants are rejected before reaching the membrane. The high solar-water efficiency (73.4% at 1 sun), clean water collection ratio (82.3%), excellent anti-fouling performance, and stable permeate flux in continuous operation over 72 h are simultaneously achieved. Meanwhile, SVGMD inherits the advantage of MD in microorganism removal and water collection, enabling the solar-water efficiency 3.5 times higher compared to state-of-the-art solar vapour systems. A scaled system to treat oil/seawater mixtures under natural sunlight is developed with a purified water yield of 92.8 kg m−2 day−1. Our results can be applied for diverse mixed-phase feeds, leading to the next-generation solar-driven MD technology.
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