科创中国

行业领域

新能源及节能技术,可再生清洁能源技术

需求背景

随着全球水资源短缺问题的不断加剧，高效水处理技术愈发重要。其中，作为一种高效的水处理方法，太阳能驱动的界面蒸发可以直接将海水、废水等转化为可用的淡水，同时节约能源和降低成本。

太阳能驱动的界面蒸发是海水淡化和废水净化最有前景的技术之一。然而，在水蒸发的过程中，蒸发器不断蒸发水分使得储水槽中的水逐渐减少，甚至变干涸，这将导致蒸发器发生从湿润状态变为半湿润状态，甚至完全干燥状态的物理变化。只有再往储水槽中加入海水或者废水才能维持整个系统的持续进行。在蒸干的过程中，蒸发器底部的亲水材料会发生显著的结构变形，从而导致整个系统的稳定性下降。因此，开发一种高性能太阳能驱动的界面蒸发的技术显得尤为重要。

需解决的主要技术难题

随着相关研究不断深入，高性能太阳能驱动的界面蒸发应用潜力巨大，其技术研发需解决：

1.传统材料应用于界面蒸发，能量损失高、水输运不足、力学性能差。

2.在供水体的表面构建具有协同作用的太阳光吸收体和隔热体是太阳能界面蒸发器设计开发中的一项具有挑战性的课题。

3.等离激元金属纳米晶的聚集不可避免地带来了光热转换效率的降低。

4.孔金属、水凝胶和生物材料等各种材料被开发和应用于界面蒸发，但制备过程复杂。

5.由于太阳能自身局限性，大多数太阳能驱动界面水蒸发系统只能在白天以高效率工作，晚上则由于低效率不利于实际应用。

期望实现的主要技术目标

a.基于单一分子单元/前驱体(乙烯基三甲氧基硅烷)制备具有润湿性可调的杂化纤维气凝胶。

b.双层蒸发器具有稳定的界面结合能力，在压缩、搅拌、超声等条件下结构均能保持稳定。

c.双层蒸发器在室内及室外均实现高效水蒸发，并在高浓度海水下实现120 h长效耐盐能力。

d.气凝胶蒸发器具有高蒸发速率(一个太阳下1.91 kg  m⁻2 h⁻1(室内)；4.20 kg  m⁻2 h⁻1(室外))、结构稳定性以及出色的耐盐性。

e.高效、持久的界面蒸发，在水处理领域展现出优异的应用前景。

需求解析

解析单位：四川省德阳市 解析时间：2023-10-12

杨京典

电子科技大学成都学院

教授

综合评价

这一技术为解决全球能源危机提供了新思路，有望为工业生产过程中产生的废热以及海洋、湖泊等水域水体污染的治理提供高效、环保的解决方案。 该技术成果可应用于海水淡化、污水处理等多个领域，具有广阔的应用前景和良好的社会效益。 该技术成果可降低太阳能蒸发器的成本，提高其性能，对太阳能蒸发器的进一步发展具有积极的推动作用。

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