Un trois

npj Clean Water volume 6, Numéro d'article : 12 (2023) Citer cet article

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L’évaporation interfaciale de l’énergie solaire est une mesure efficace pour atténuer la pénurie mondiale actuelle de ressources en eau propre. Cependant, de nombreux évaporateurs solaires sont des dispositifs structurés en deux dimensions (2D) développés en appliquant des matériaux absorbant la lumière sur la surface des matériaux hôtes, et l'efficacité de la génération de vapeur solaire est limitée. Pour cette raison, la présente étude rapporte une méthode simple et respectueuse de l'environnement pour construire un évaporateur conique en bois tridimensionnel (3D), qui utilise du bois flexible comme substrat et un complexe d'acide tannique comme matériau absorbant la lumière et est formé par d'autres convolution. Une conception structurelle raisonnable et une combinaison de matériaux permettent à l'évaporateur de présenter une excellente résistance à la moisissure et des performances d'évaporation très efficaces. La décoration noire améliore considérablement l'absorption de la lumière du bois, ce qui entraîne une absorbance élevée (> 90 %) du DW-TA-Fe3+ dans la plage de longueurs d'onde de 200 à 800 nm. Le taux d'évaporation de l'eau de l'évaporateur à cône en bois peut atteindre jusqu'à 1,79 kg m−2 h−1, soit environ 1,6 fois supérieur à celui de l'évaporateur 2D. De plus, l'évaporateur présente une stabilité biologique exceptionnelle et des performances de dessalement efficaces. Ce travail devrait offrir une nouvelle direction dans la conception d’un évaporateur en bois 3D pour un dessalement solaire efficace de l’eau.

La pénurie d’eau potable constitue aujourd’hui un défi urgent et majeur en raison du boom démographique et du développement industriel1,2,3. Pour atténuer ce problème, de nombreuses technologies telles que l'électrodialyse4, la distillation membranaire5, l'osmose inverse6, la distillation multi-effets (MED), le dessalement par adsorption (AD)7,8,9,10,11,12, etc., ont été utilisées pour nettoyer production d'eau, cependant, qui ont une application limitée en raison du processus relativement complexe ainsi que du coût élevé et qui ont une application limitée en raison du processus relativement complexe ainsi que du coût élevé et du faible rapport de performance universel standard (10 à 13 %, a été calculé basé sur l’énergie primaire standard)13. L’évaporation solaire interfaciale utilisée pour le dessalement est une méthode efficace et durable pour atténuer les pénuries de ressources en eau douce14,15,16,17. Différente de l'évaporation solaire traditionnelle (chauffage d'une grande quantité d'eau)18,19,20,21, cette technologie utilise une structure spécifique pour confiner l'énergie à la couche absorbant la lumière, permettant l'évaporation de l'eau à la surface de la structure, réduisant ainsi efficacement les pertes de chaleur. et obtenir une efficacité d’évaporation plus élevée22,23,24,25,26,27.

Divers matériaux photothermiques ont été introduits dans les systèmes d'évaporation à interface solaire, tels que les ions nanométalliques28, l'oxyde de graphène29, le polypyrrole30, etc. Des performances d'évaporation efficaces ont été obtenues en améliorant le taux d'absorption et en réduisant la perte de chaleur des dispositifs d'évaporation photothermique31,32,33, 34,35,36,37. En décorant des nanoparticules métalliques dans le bois naturel, Zhu et al. a conçu un matériau plasmonique avec un taux d'absorption élevé de 99 % dans la plage de longueurs d'onde de 200 à 2 500 nm38. Feng et coll. a conçu un évaporateur solaire via la calcination d'éponges de mélamine (MS). Le MS calciné avec isolation thermique a atteint un taux d'évaporation solaire ultrarapide (1,98 kg m−2 h−1) et une efficacité photothermique élevée (~ 92 %)39. Yan et coll. ont étudié un aérogel ultra-léger paille de maïs/graphène avec une efficacité de conversion de l'énergie solaire de 95 % par réduction hydrothermique à basse température et séchage atmosphérique en utilisant des cristaux de glace comme modèles40. Le bois naturel à faible coût a été utilisé comme évaporateur pour le dessalement solaire en raison de sa structure microporeuse et de son excellente hydrophilie. La plupart des recherches ont construit des dispositifs plans en appliquant des matériaux absorbant la lumière sur les sections transversales et longitudinales du bois naturel41,42,43,44. En proie à une fabrication complexe et à un faible taux d’évaporation, ces technologies nécessitent une amélioration supplémentaire des performances d’évaporation. Cependant, le choix des matériaux a atteint le goulot d'étranglement de l'efficacité, et la limite théorique de l'efficacité de conversion énergétique est difficile à repousser.