精選煤質顆粒活性炭生產廠家受魚群效應啟發的太陽能水鹽分離器件

　　精選煤質顆粒活性炭生產廠家受魚群效應啟發的太陽能水鹽分離器件

　　精選煤質顆粒活性炭廠家受魚群效應啟發的太陽能水鹽分離器件。隨著農業和工業的發展，大量的淡水資源被消耗或污染，水危機成為全球面臨的最嚴峻的挑戰之一，水處理技術受到廣泛關注。

　　對于水處理技術，實現水和溶質的完全分離(zero liquid discharge，ZLD)，以最大程度的回收資源是終極目標。然而目前一些商用的水鹽分離技術，如濃縮/結晶法需消耗巨大電能，且產生大量的碳排放。因此亟需尋找高效、環境友好的水鹽分離技術。

　　近年來，基于太陽能界面光熱蒸發的水處理技術受到廣泛關注。其可通過吸收太陽能并轉化為熱能局域在水-氣界面，產生高效水蒸發，實現水處理過程。

　　該技術具有低碳環保，無需額外能量輸入的優點，在水鹽分離領域展現出巨大潛力。然而，在基于界面光熱蒸發的水鹽分離過程中，鹽濃度達到飽和，器件結鹽結垢問題嚴重。這會嚴重遮擋太陽光的吸收、阻礙水的充足供應，使得光熱轉化效率衰減迅速，甚至導致器件的失效。

　　為克服上述問題，該領域科學家們已發展了一些減緩鹽析出、定點鹽析出的材料/結構設計，但大面積、可自清潔的水鹽分離過程仍難以實現。

　　在本研究工作中，研究者們受魚類易聚集成群、協同聯動的特性的啟發，設計了一種由聚苯乙烯(EPS)核/氧化石墨烯(GO)殼的光熱小球聚集而成的水鹽分離器件(圖1)。

　　這些漂浮在水面的親水光熱小球可在表面張力水平分力的驅動下加速靠近，并自聚集成熱局域的動態系統，有效降低熱傳導損耗，獲得較高的界面光熱蒸發效率(圖2)。

　　在太陽能水處理過程中，鹽顆粒傾向在小球上端蒸發較快的液層內形核、生長。當鹽顆粒施加的轉矩打破小球的力平衡狀態時，小球轉動，鹽顆粒滑落，從而完成自清潔過程(圖3);同時，相鄰小球因表面張力存在相互作用，一球的轉動可通過摩擦力觸發相鄰小球的轉動和自清潔行為，從而完成多球聯動的自發轉動和自清潔過程(圖3)。

　　這種“類似魚群”的EPS/GO多球系統，因其自聚集特性，可自組裝為大面積水處理器件，并具有聯動自清潔的特性，可在一個太陽下處理飽和鹽水過程中，實現高于90%的太陽蒸汽轉換效率和高達0.39 kg m-2 h-1的產鹽速率，從而實現低能耗、低碳排放的水鹽的完全分離(ZLD)。

　　圖1. 受魚群效應啟發的自聚集、自清潔的太陽能水鹽分離器件。a，魚類趨向于聚集成群，且魚群行為通常一致化。b和c，EPS/GO光熱小球在水面上可自聚集成熱局域的動態系統， 且在太陽能水處理過程中可實現聯動的自發旋轉和自清潔過程。

　　圖2. 光熱小球在表面張力作用下的自聚集過程，及其熱局域特性。a，光熱小球在水面加速靠近的原理分析圖。b-d，小球的加速自聚集過程。e和f，自聚集的光熱小球在表面張力下可形成有相互作用力的整體。g和h，自聚集的光熱小球系統具有更好的熱局域特性。

　　圖3. 光熱小球的自發轉動和自清潔過程。a和b，光熱小球在太陽光和暗場下的紅外照片，顯示出小球上端液面蒸發較快。c，光熱小球自旋轉的原理分析圖。d，單個小球的自發旋轉和自清潔過程。e，多球聯動轉動過程的力學分析圖。f，多球系統自發聯動轉動和自清潔的照片。g，多球系統的轉動行為統計圖。

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