太阳能蒸馏装置可以净化来自反渗透工厂的盐度超过10%的盐水,以及直接从红海提取的水。该技术提供的淡水生产率是现有脱盐太阳能蒸馏器的两倍。
受电影《少年派的奇幻漂流》中漂浮太阳能的启发,KAUST教授甘乔强开发了多种纳米材料和隔热工艺,以增强苦咸水蒸发为纯蒸汽的能力。2016年,他创办了一家名为SunnyCleanWater的初创公司,生产低成本的充气蒸馏器,每天能够产生10-20升淡水。
2021年,Gan加入了KAUST,并与KAUST教授YuHan和研究员KaijieYang合作提高脱盐效率,这是一种采用疏水表面或流体对流等技术来限制矿物质堆积的策略。
该团队的新型蒸发器是一个厘米级的塑料立方体,其中包含几层玻璃纤维膜——通常用于过滤的薄材料。水平排列的涂有碳纳米管的膜充当立方体上表面的光吸收层。在其下方,一系列垂直方向的膜或“传质桥”将太阳能吸收器与散装盐水隔开。
然而,在谈到海水净化时,甘承认即使是他的设备也有局限性。“随着时间的推移,你总会看到太阳能吸收材料上的盐分积累——积累的盐分会反射阳光并降低蒸馏器的性能,”他说。
构思设计的杨解释说,这些桥梁包含亲水性微通道,可将海水吸收到顶部太阳能层,以蒸馏成蒸汽。当盐分积累达到阈值时,由于浓度梯度的毛细管作用,相同的微通道将盐水输送回海水。
高架桥允许盐回流过程中产生的传导热流入太阳能蒸馏器,提高蒸发效率。“其他蒸发器可以实现良好的脱盐率,但由于回流过程较短,因此会损失大量热能,从而影响产水率,”杨说。
“我们的系统的优势在于它可以调整脱盐率和水生成之间的权衡。”
在室内实验室和室外现场站进行的测试表明,太阳能仍可满足两人每天的饮水需求,估计原材料成本为每平方米50美元。
“我们可以通过将立方体组装在一起来扩展到更大的架构,”Han说。“由于该设备无需任何维护即可长期运行,我们正在为商业化做准备。”
该论文发表在《自然通讯》杂志上。