​一种基于石墨烯和稻草纤维的3D光热气凝胶,可实现高效的太阳能蒸发
发布者:lzx | 来源:carbon_art材料分析与应用 | 0评论 | 1283查看 | 2020-04-23 16:18:42    

本文介绍了一种由还原的氧化石墨烯(RGO)纳米片和稻草衍生的纤维素纤维和藻酸钠(SA)制备的3D光热气凝胶,可用于产生太阳蒸汽。


使用稻草纤维作为支持物可将对较昂贵的RGO的需求减少43。5%,将稻草的生物质废弃物转化为增值材料。稻草纤维和RGO的整合显着增强了获得的光热RGO-SA-纤维素气凝胶的柔韧性和机械稳定性。


光热气凝胶显示96-97%的强宽带光吸收。在产生太阳能蒸汽期间,3D光热气凝胶有效地减少了辐射和对流能量损失,同时增强了从环境中收集能量的能力,从而导致2.25kgm–2h–1的极高蒸发速率,对应于1.0太阳辐射下的能量转换效率为88.9%。实际海水蒸发过程中收集的净水盐度仅为0.37ppm。该材料环保且具有成本效益,在现实世界的海水淡化应用中显示出巨大潜力。


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图1(a)稻草生物质被用作原料来制备3D多孔光热气凝胶。(b)经过水热处理的纤维素纤维悬浮液,(c)冷冻干燥后的最终纯纤维素气凝胶。(d)RGO纳米片的透射电子显微镜(TEM)图像。(e)Ca2+交联后得到的RGO-SA-纤维素气凝胶的照片(f)和不同高度的RGO-SA-纤维素气凝胶的照片。(g-i)RGO-SA-纤维素气凝胶在三个不同放大倍数的SEM图像,以及RGO-SA-纤维素气凝胶的元素图(j)。纯纤维素气凝胶(l)和RGO–SA–纤维素气凝胶(m)的XPS调查扫描(k)和高分辨率C1s光谱。


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图2.支持RGO-SA-纤维素气凝胶的花朵的数码照片(a)和去除气凝胶样品后的同一朵花朵的数码照片(b)。将RGO-SA-纤维素气凝胶浸入水中并在第1天(c)超声处理5分钟,然后在水中浸泡24小时,然后在第2天(d)超声处理5分钟后的照片。数码照片显示了湿润的RGO-SA-纤维素气凝胶对206g的拉力的机械稳定性(e)。通过1kg重量压缩之前(f),期间(g)和之后(h)RGO-SA-纤维素气凝胶的照片。


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图3.纯纤维素气凝胶以及干湿RGO-SA-纤维素气凝胶的吸收光谱(a)。产生太阳能蒸汽的测试装置的数码照片(b,c),光热气凝胶吸收水滴的延时快照(d),以及从棉棒到光热气凝胶的时间依赖性水传输(e),其中白色虚线表示光热气凝胶表面上干湿区域之间的边界。


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图4.太阳热蒸发过程中收集的原始海水和冷凝蒸汽中的离子浓度(a)。在1.0阳光照射下,高度为3cm的RGO–SA–纤维素气凝胶的循环蒸发性能(b)。


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图5.数字照片显示了吸水前(a)和吸水后(b)光热气凝胶的重量变化,以及在1.0以下的RGO-SA-纤维素气凝胶(高度3cm)中随时间的重量损失阳光照射(c)。


从稻草中提取的纤维素纤维用作3D光热RGO-SA-纤维素气凝胶的骨架支撑。包含稻草纤维显着增强了所产生的光热气凝胶的柔韧性和机械稳定性,并且还减少了展现高光热效率所需的昂贵RGO的数量。获得的具有亲水性多孔结构,重量轻,宽带吸收强,机械稳定性和柔韧性优异的RGO-SA-纤维素气凝胶随后成功地用作太阳能蒸汽发生器。增加光热气凝胶的高度,降低顶部和侧面蒸发表面的温度,减少辐射和对流损失,并从周围环境中获得更多能量。


此外,为评估海水淡化的可行性,实际海水的光热蒸发表明,通过太阳蒸发可以降低盐度,以轻松满足WHO和USEPA设定的清洁饮用水标准。由于其超亲水性,RGO-SA-纤维素气凝胶的吸水能力是其自重的20倍以上。对于3厘米长的光热气凝胶,所吸收的水足以在1。0次太阳照射下连续8h连续进行太阳能蒸发而无需外部供水,这使其成为可用于便携式太阳能热脱盐系统的有希望的材料。

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