Multifunctional nanocoated membranes for high-rate electrothermal desalination of hypersaline waters

膜蒸馏 海水淡化 材料科学 蒸馏 化学工程 化学 色谱法 生物化学 工程类
作者
Kuichang Zuo,Weipeng Wang,Akshay Deshmukh,Shuai Jia,Hua Guo,Ruikun Xin,Menachem Elimelech,Pulickel M. Ajayan,Jun Lou,Qilin Li
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Springer Nature]
卷期号:15 (12): 1025-1032 被引量:152
标识
DOI:10.1038/s41565-020-00777-0
摘要

Surface heating membrane distillation overcomes several limitations inherent in conventional membrane distillation technology. Here we report a successful effort to grow in situ a hexagonal boron nitride (hBN) nanocoating on a stainless-steel wire cloth (hBN-SSWC), and its application as a scalable electrothermal heating material in surface heating membrane distillation. The novel hBN-SSWC provides superior vapour permeability, thermal conductivity, electrical insulation and anticorrosion properties, all of which are critical for the long-term surface heating membrane distillation performance, particularly with hypersaline solutions. By simply attaching hBN-SSWC to a commercial membrane and providing power with an a.c. supply at household frequency, we demonstrate that hBN-SSWC is able to support an ultrahigh power intensity (50 kW m−2) to desalinate hypersaline solutions with exceptionally high water flux (and throughput), single-pass water recovery and heat utilization efficiency while maintaining excellent material stability. We also demonstrate the exceptional performance of hBN-SSWC in a scalable and compact spiral-wound electrothermal membrane distillation module. A hexagonal boron nitride nanocoating grown directly on a stainless-steel mesh enables ultrahigh power input intensity in an electrothermal membrane distillation system to desalinate hypersaline solutions with exceptionally high water flux, single-pass water recovery and heat utilization efficiency.
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