経済的な耐塩性超疎水性光熱膜を用いた高効率で安定した太陽淡水化の実現

Economical salt resistance superhydrophobic photothermal membrane for highly efficient and stable solar desalination.

• Cong Shen
• Yanqing Zhu
• Xiudi Xiao
• Xueqing Xu
• Xiaoli Chen
• Gang Xu

抄録

近年、太陽電池による界面水の蒸発は、海水淡水化において大きな可能性を示しています。しかし、実用化においては、塩分の蓄積や汚染が避けられず、蒸発効率を長時間維持することができません。本研究では、1H,1H,2H,2H,2H-Peruorodecyl triethoxysilaneを修飾したポリビニルピロリドン(PVP)とカーボンナノチューブ(CNT)からなる柔軟で経済的な超疎水性光熱膜を報告し、支持体と断熱材には発泡ポリスチレンを用いた。作成した浮体式蒸発装置は、1回の太陽光照射で91.1%の高いエネルギー効率と1.41kg m-2 h-1の蒸発率を示し、40時間の連続運転及び18回の蒸発サイクルのいずれにおいても、塩の蓄積及び蒸発率の著しい低下は観察されなかった。また、膜のセルフクリーニング性能により、膜表面の高い吸光度を長時間維持することが可能であることがわかった。本装置の安定かつ効率的な蒸発性能は、効率的かつ長期安定な太陽熱淡水化の適用に向けた指針となった。

Recently, solar-driven interfacial water evaporation has shown great potential in desalination. In the practical application, the inevitable pollution and the accumulation of salt making the evaporation efficiency cannot be maintained for a long time. Herein, we reported a flexible and economical superhydrophobic photothermal membrane composed of polyvinyl pyrrolidone (PVP) and carbon nanotubes (CNTs) with 1H,1H,2H,2H-Perfluorodecyl triethoxysilane modification, and a piece of expanded polystyrene was used for support and thermal insulation. The prepared floating evaporation device shows a high energy efficiency of 91.1% and evaporation rate of 1.41 kg m-2 h-1 under one solar irradiation, and neither salt accumulation nor significant decrease in evaporation rate of the device was observed after either continuous operate for 40 h or 18 evaporation cycles. In addition, the self-cleaning performance of the membrane enables its surface to maintain high absorbance for a long time. With the stable and efficient evaporation performance of this device, it provided guidance for the application of efficient and long-term stable solar desalination.