持続可能な木材ベースの階層型太陽熱蒸気発生器。水の気化エンタルピーを低減したバイオミメティックデザイン

Sustainable Wood-Based Hierarchical Solar Steam Generator: A Biomimetic Design with Reduced Vaporization Enthalpy of Water.

• Qing-Fang Guan
• Zi-Meng Han
• Zhang-Chi Ling
• Huai-Bin Yang
• Shu-Hong Yu

抄録

太陽蒸留による水質浄化は、飲用できない水資源からきれいな水を生産するための有望な技術と考えられています。太陽蒸気発生器は、水と汚染物質を分離するための太陽蒸留プロセスの中心的な役割を果たしている。ここでは、バクテリアセルロース(BC)ナノコンポジットをベースにした、気化エンタルピーを低減した効率的で持続可能な階層型太陽熱蒸気発生器(HSSG)を報告する。本研究では、バクテリアによって生成されたBCナノファイバーを用いてナノ材料をその場で組み立て、ナノコンポジットを形成する。この方法を用いて、木材の自然な多孔質構造の内部およびその上に機能的なBCナノコンポジットを構築する。本研究では、木材の自然多孔質構造と階層的な多機能性BCナノコンポジットを融合させることで、太陽熱効率の向上と気化エンタルピーの低減を両立させたHSSGを開発しました。HSSGのバイオミメティックデザイン、階層構造、気化エンタルピーの低減により、2.9kg m hの高い蒸発率と80%の太陽熱対蒸気効率を達成しています。

Water purification by solar distillation is considered a promising technology for producing clean water from undrinkable water resources. A solar steam generator is a central part of a solar distillation process to separate water and contaminants. Here, we report an efficient and sustainable hierarchical solar steam generator (HSSG) with reduced vaporization enthalpy based on bacterial cellulose (BC) nanocomposites. The nanomaterials are assembled with BC nanofibers produced by bacteria in situ to form nanocomposites. Using this method, we construct functional BC nanocomposites inside and on the natural porous structure of wood. Our HSSG integrates solar-to-vapor efficiency improvement and vaporization enthalpy reduction by integrating the hierarchical multifunctional BC nanocomposites with the natural porous structure of wood. Because of the biomimetic design, hierarchical structure and reduced vaporization enthalpy of HSSG, a high evaporation rate of 2.9 kg m h and solar-to-vapor efficiency of 80% is achieved.