新材料实现高效太阳能海水淡化

作者:王佳雯    文章来源:中国科学报    点击数:1546    更新时间:2016-5-3
  本报讯(记者王佳雯)记者日前从南京大学获悉,由该校教授、中科院院士祝世宁领导的基金委创新团队成员、现代工程与应用科学学院教授朱嘉及其课题组,在高效太阳能海水淡化材料研究方面取得重要进展。相关成果日前发表于《自然—光子学》杂志。

据了解,随着全球水资源日趋紧张,包括含盐地下水在内的海水淡化作为一种获取淡水的有效方法,受到广泛关注。然而,传统的海水淡化装置存在体积庞大、耗能高、碳排放量大、淡化效率低等问题。利用太阳能蒸馏的海水淡化技术虽低碳环保,但受限于光热转换效率较低,无法大规模应用。朱嘉课题组在国际上首次利用金属纳米等离激元增强效应实现了高效太阳能海水淡化,其能量传递效率约90%,淡化前后盐度降低4个数量级。

研究人员发现,三维铝纳米颗粒等离激元黑体材料是实现高效率太阳能海水淡化的绝佳体系。该材料具有超宽太阳光谱高光吸收效率,在400~2500纳米太阳光谱范围内平均吸收效率大于96%,确保了海水淡化过程中太阳能的高效利用。在实际工作中,这种紧密排列的金属纳米颗粒薄膜漂浮在海水表面,纳米颗粒的局域等离激元增强效应则使得膜液交界面的表层海水快速升温,产生淡水蒸汽,而膜上的多孔结构又为蒸汽逃逸提供了有效的通道。经测量,利用该材料淡化后的水质优于世界卫生组织可饮用水的标准。

同时,纳米铝颗粒等离激元黑体薄膜材料的制备以成本低廉的金属铝为唯一原材料,并且采用简单、可规模化生产的自组装制备方法,便于推广应用。美国《科学》杂志以“新的水纯化系统可为世界解渴”为题,高度评价了此项工作。相关专家表示,这种材料对低成本高效率太阳能海水淡化技术的大规模应用具有重要意义。

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