Sep. Purif. Technol. | 文献前沿 | 低成本炭黑和聚醚酰亚胺改性ES非织造布用于连续海水淡化

作者: 光热界面蒸发

2024-08-09

【研究背景】

淡水资源的枯竭使得利用光驱动界面蒸发器从海水中获取淡水具有重要意义。构建高性能太阳能界面蒸发系统仍存在诸多困难，如原料基材成本高、制备工艺繁杂、环境耐受性差等，限制了太阳能界面蒸发器规模化应用。针对上述问题，泉州师范学院齐欢副教授团队选择蓬松多孔且价格低廉的ES热风无纺布（聚乙烯/聚酯皮芯结构熔纺非织造布）作为基材，利用纤维皮层低熔点特性来锚固碳黑光热材料，然后通过浸渍使聚乙烯亚胺和没食子酸使其在纤维表层发生反应，提升光热层耐久性同时改善表层亲水性，制备得到性能稳定、成本低廉的界面蒸发复合材料，该材料成本效益高于已报道的同类别产品。

目前该文以“Carbon black and polyetherimide modified ES nonwovens for low-cost and continuous seawater desalination”为题在期刊《Separation And Purification Technology》(JCR: Q1, Top，IF=8.6) 上发表。泉州师范学院齐欢副教授为论文通讯作者。

【图文速览】

图1. (a) CPG-ES 样品的制备流程。(b) ES 纤维的皮芯结构。(c) 在1.7 倍模拟太阳光下照射 10 分钟 C-ES 非织造布的表面温度。(d) C-ES 非织造布耐水洗的机理图。(e) GA 与 PEI 在 ES 复合材料上发生的化学反应过程。

图 2. 样品电镜图和EDS分析（a）ES 非织造布、（b）C-ES 非织造布、（c）CPG-ES 非织造布和（d）PG-ES 非织造布的电子显微照片。(e) CPG-ES 非织造布的元素分析（C、N、O）。

图 3. (a) CPG-ES 无纺布的真实照片。(b)光在CPG-ES 无纺布上的折射和散射。(c) ES、PG-ES、C-ES 和 CPG-ES 无纺布的光吸收率。(d)在1倍模拟太阳光强下 ES、PG-ES、C-ES 和 CPG-ES 无纺布的表面温度变化（0-180 秒）。(e) 在1倍模拟太阳光强下 ES、PG-ES、C-ES 和 CPG-ES 无纺布样品的红外照片。

图 4. (a) 1.0倍模拟太阳光强下 PG-ES-1 和 CPG-ES-1 样品的表面温度变化。(b)在 1.0 太阳光照射下纯水的质量变。(c)在 1.0 太阳光照射下纯水的蒸发率和蒸发率蒸发效率。(d) CPG-ES 在光照强度为 0.5、1.0、1.5 和 2.0倍太阳光强时的表面温度变化。(e) CPG-ES 无纺布在不同光照强度下的纯水的质量变化。(f) CPG-ES 非织造布在不同照射强度下的蒸发率和蒸发效率。

图 5. (a) 不同隔热层厚度（1.5、2.0、2.5、3.0、4.0 和 5.0 cm）下 CPG-ES样品表面温度的红外图像。(b) 在 1.0倍模拟太阳光下，不同隔热层厚度的 CPG-ES 在1 小时蒸发过程中水的质量变化。(c) 不同隔热厚度的 CPG-ES 在 1.0 倍模拟太阳光下的蒸发率和蒸发效率。

图 6. (a) CPG-ES 无纺布在纯水、盐水（1.75%、3.50%、5.25 wt %）和真实海水中（太阳辐照度为 1.0太阳光强）的质量变化和 (b) 蒸发率和效率。(c) 蒸发前海水和蒸发后淡水Na+、Mg2+、K+ 和 Ca2+离子浓度的变化。

图 7. (a) 在 1.0 倍模拟太阳光下用CPG-ES 复合蒸发高浓度盐（10、15、20 wt.%）溶液蒸发量和 (b) 蒸发率和效率。(c) 海水淡化过程中 8 小时内蒸发率的变化，插图显示了 CPG-ES 无纺布在 0 小时和 8 小的表面盐结晶情况。(d) CPG-ES 在 1.0 阳光下盐溶解过程的数码照片。

图 8. (a) CPG-ES 蒸发器 20 天循环测试的蒸发率和效率。(b) CPG-ES 复合材料的界面增强机制。

图 9. (a) 光照强度和样品表面温度；(b) 环境温度和湿度；(c) 9:00 至 17:00 真实室外实验中 CPG-ES 无纺布的蒸发率和效率。(d) CPG-ES 无纺布在真实室外实验中不同时段收集的海水。(e) 净化前后海水的电阻。(f) 本研究与相关文献的成本效益比较。

【文章总结】

本文开发了一种经济、简易、耐用的无纺布基复合材料用于海水脱盐制备净水。利用纳米碳黑颗粒和聚乙烯亚胺没食子酸盐涂层，通过喷涂和浸渍方法制成了超亲水性光热界面蒸发器。利用炭黑光吸收能力和ES纤维表层的低熔点特性，实现了炭黑颗粒的锚定，提升制成光热材料在纤维表层的耐久性；聚乙烯亚胺-没食子酸涂层有效地覆盖了纤维和炭黑的表面，从而显著改善表层润湿性和光吸收能力，增强蒸发器的耐用性。在应用测试中，该复合材料表现出优异的太阳能驱动水蒸发和光热转换性能。因其纤维基材的蓬松结构能够使光产生多级折射，在一个标准太阳光强度下照射10min，材料表面温度能够达到86.6℃，同时表现出优异的抗盐和自脱盐性能。在真实阳光下，蒸发率达到1.18 kg /h/m2，蒸发效率为81%，全天（9:00至17:00）平均保水效率为1034.72g/h/m2，该蒸发器的成本效益达到332.4 g/h/＄，通过简单而经济的策略制得的太阳能界面蒸发器在海水淡化和净水收集方面具有较好的应用前景。

【文献来源】

T. Li, W. Sun, X. Wang, Y. Li, M. Lin, Y. Chen, C. Zhang, H. Qi, Carbon black and polyetherimide modified ES nonwovens for low-cost and continuous seawater desalination, Separation and Purification Technology, 2024:128939.

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.128939.

 水刺

 针刺

 纺粘

 熔喷布

 热风

 过滤材料

 衬布

 制品

 纺织机械

Sep. Purif. Technol. | 文献前沿 | 低成本炭黑和聚醚酰亚胺改性ES非织造布用于连续海水淡化

简化采购流程

节约采购成本

加速新品开发

促进合规化管理

采购商服务

合同模板

支付方式

供应商入驻