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耐塩性太陽熱海水淡水化のための垂直配向容器を備えた細胞構造化CNTs@SiOナノファイバーエアロゲル
Cellular Structured CNTs@SiO Nanofibrous Aerogels with Vertically Aligned Vessels for Salt-Resistant Solar Desalination.
PMID: 32686159 DOI: 10.1002/adma.201908269.
抄録
水の安全保障を確保するための最も有望な戦略の一つとして、新興の太陽熱淡水化技術が考えられています。しかし、太陽熱淡水化の進展に伴い、海水の塩分濃度の上昇により太陽熱蒸発器の表面に塩が結晶化し、蒸発速度が低下することから、耐塩性に優れた太陽熱蒸発器の製作は困難を極めています。このため、耐塩性に優れた太陽電池用蒸発器を作製することは、依然として困難な課題となっています。本研究では、エレクトロスピニング技術と繊維凍結成形技術を組み合わせて、垂直に配列した容器と多孔質の容器壁からなるセル状構造を持つ弾性セラミックベースのナノ繊維状エアロゲルを作製した。このユニークなセル状構造によって促進される対流と拡散の作用下では、20%塩水中や6日照射下でもエアロゲル表面に塩の結晶が見られず、優れた耐塩害性を示します。さらに、カーボンナノチューブの有望な構造と光吸収率の相乗効果により、エアロゲルは最大98％の高い光吸収率を有し、1日照射で1.50kg m hの優れた蒸発性能を達成しました。本研究は、耐塩性と効率性に優れた海水淡水化への道を開く可能性を秘めています。
The emerging solar desalination technology is considered as one of the most promising strategies to ensure water security. However, with the proceeding of solar desalination, salt crystallization on the surface of solar evaporators caused by increasing salinity of seawater will result in a decrease in the evaporation rate. Thus, it is still challenging to fabricate solar evaporators with superior salt resistance. In this work, elastic ceramic-based nanofibrous aerogels with a cellular architecture are fabricated by the combination of electrospinning and fiber freeze-shaping technologies, which are composed of vertically aligned vessels and porous vessel walls. Under the action of convection and diffusion promoted by this unique cellular architecture, the aerogels exhibit a superior salt-resistance without any salt crystals on the surface of aerogels even in 20% brine and under 6-sun irradiation. Moreover, by virtue of the synergistic effect of the promising structure and light absorbance of carbon nanotubes, aerogels possess a high light absorbance of up to 98% and excellent evaporation performance achieving 1.50 kg m h under 1-sun irradiation. This work may provide a fascinating avenue for the desalination of seawater in a salt-resistance and efficient manner.
© 2020 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.