Salt-blocking three-dimensional Janus evaporator with superwettability gradient for efficient and stable solar desalination

材料科学 超亲水性 润湿 海水淡化 化学工程 蒸发 接触角 蒸发器 杰纳斯 碳纳米管 聚乙烯醇 太阳能淡化 表面能 复合材料 纳米技术 化学 热交换器 物理 工程类 热力学 生物化学
作者
Xiao-Jing Guo,Xing Wang,Chao‐Hua Xue,Bing‐Ying Liu,Yong-Gang Wu,Duo Zhang,Fuquan Deng,Qiufeng An,Yongping Pu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:644: 157-166 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.04.073
摘要

Solar interfacial steam power generation is a prospective method for seawater desalination. In this work, a salt-blocking three-dimensional (3D) Janus evaporator with a superhydrophobic to superhydrophilic gradient was fabricated by spraying a composite dispersion of multi-walled carbon nanotubes/polydimethylsiloxane (CNTs/PDMS) onto the top side of a polyurethane (PU) foam and polyvinyl alcohol (PVA) solution onto the bottom side. The CNTs/PDMS composite dispersion with nanostructured CNTs and low surface energy PDMS combined with the porous structure of the PU foam rendered the top side superhydrophobic. Therefore, a layer suitable for photothermal conversion was obtained. The hydrophilic PVA combined with the porous structure of the foam rendered the bottom side superhydrophilic, facilitating water absorption and transportation. The asymmetric wettability gradient of the CNTs/PDMS-PU-PVA as a 3D evaporator caused the evaporation rate and transportation speed of water to reach a balance, and the salt was quickly dissolved at the superhydrophilic interface. This 3D salt-resistant Janus evaporator achieved an evaporation rate of 2.26 kg m-2 h-1 under 1 kW m-2 illumination.
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