A Bionic‐Gill 3D Hydrogel Evaporator with Multidirectional Crossflow Salt Mitigation and Aquaculture Applications

材料科学 蒸发器 蒸发 海水淡化 纳米技术 化学工程 机械工程 工程类 热交换器 生物化学 热力学 物理 化学
作者
Lidian Zhang,Yu Zhang,Miaomiao Zou,Cunlong Yu,Chuxin Li,Can Gao,Zhichao Dong,Lei Wu,Yanlin Song
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (24) 被引量:81
标识
DOI:10.1002/adfm.202300318
摘要

Abstract In recent years, interfacial solar‐driven steam generation has gained huge attention as a sustainable and energy‐efficient technology. However, salt scaling on and inside the evaporator structure induced by insufficient ion distribution control will lower the evaporation performance and hinder the stability and durability of evaporators. Herein, inspired by the highly efficient salt‐expelling property of the gill filaments of large yellow croaker, a bionic‐gill 3D hydrogel evaporator is proposed with fabulous multidirectional ion migration controllability. A 3D structure composed of arrayed beaded hollow columns with beaded hollow holes inspired by gill filaments ensuring longitudinal ion backflow and the peristome‐mimetic arrayed grooves of microcavities ensuring lateral ion advection is designed and constructed to achieve fabulous multidirectional crossflow salt ion migration, which ensures high evaporation performance for pure water (an evaporation rate of 2.53 kg m −2 h −1 with an energy efficiency of 99.3%) as well as for high salinity brine (2.11 kg m −2 h −1 for 25.0 wt.% NaCl solution), with no salt crystallizing after long‐term use. Furthermore, the 3D hydrogel evaporator has excellent chemical stability, mechanical properties, folding‐irrelevant evaporation performance, and portability so that it can be used for the preliminary desalination of breeding wastewater through the proposed self‐circulation koi aquaculture system.
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