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铜纳米线/还原氧化石墨烯(Cu NWs/rGO)复合气凝胶光热膜蒸馏处理高盐废水

文章出处:人气: 发表时间:2022-03-20 16:58

  膜蒸馏(MD)作为一种热法脱盐技术,能够处理高盐度工业废水。但传统的体相加热方式热损失大、能耗高。太阳能界面加热,通过在进料液与膜界面处原位进行光热转换,将热量局域在蒸发界面,极大提高了能量利用效率。开发高效、廉价、稳定的光热材料是该技术的核心。铜纳米线(Cu NWs)具有与银纳米线相近的导电和导热性,且成本低廉,但其抗氧化能力差。还原氧化石墨烯(rGO)具有优异的宽光谱吸收能力和化学稳定性。将Cu NWs与rGO复合,构建三维互联多孔的气凝胶结构,可以充分发挥两者的协同优势:rGO作为保护层延缓Cu NWs的氧化,并增强光吸收;Cu NWs则作为高效的导热网络,迅速将rGO产生的热量传递给周围的水分子;而气凝胶的多孔结构为水蒸气的逸出提供了畅通的通道。

  

  本研究通过冷冻干燥和后续化学还原法,制备了自支撑的Cu NWs/rGO复合气凝胶。在AM 1.5G模拟太阳光(1个太阳光强,1kW/m²)照射下,该气凝胶漂浮在空气-水界面,其表面温度迅速升至45℃以上(远高于环境水温),光热转换效率高达92%。将其与疏水性聚偏氟乙烯膜耦合,用于太阳能驱动的直接接触式膜蒸馏处理3.5wt%的NaCl盐水。与未加光热层的传统MD相比,Cu NWs/rGO光热膜蒸馏的水通量提升了3倍,盐截留率稳定超过99.9%。连续运行72小时,光热层的温度和产水通量保持稳定,未出现明显的盐结晶污染和Cu的氧化腐蚀。该研究为利用廉价铜基纳米材料和石墨烯,构建高效、稳定的太阳能驱动膜蒸馏系统,用于偏远地区或海上平台的高盐废水淡化处理,提供了创新的材料与系统设计。

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