山东第一医科大学李晨蔚团队Advanced Science：梯度石墨烯气凝胶用于高效太阳能蒸发以及零液体排放脱盐 – 质料牛

01  【迷信布景】

随着天下生齿的山东削减以及今世工农业的睁开，淡水资源短缺已经成为最严正的第医度石全天下性下场之一。尽管近75%的学李效太地球概况被水拆穿困绕，但其中约97%是晨蔚淡水。尽管传统的团队e梯脱盐淡水淡化技术成为处置淡水短缺的可行措施，可是墨烯淡水淡化厂的废盐水大多直接排入临近的湖泊或者陆地，严正影响了生态情景。气凝近些年来，胶用及零太阳能驱动界面蒸发技术因其取之不尽、于高阳能液体用之不断的蒸发质料太阳能以及淡水提供，以及经由将热能限度在水--空气界面实用地后退蒸发功能的排放特色，被普遍以为是山东最有远景的淡水破费技术之一。与传统的第医度石淡水淡化技术差距，太阳能驱动界面蒸发技术可能最大限度地削减处置高浓度盐水时的学李效太碳排放。可是晨蔚，在太阳能淡水淡化历程中，由于水蒸汽的快捷发生导致了部份盐水浓度清晰削减，最终导致了盐结晶逐渐聚积在太阳能蒸发器的概况。盐结晶不光严正影响了太阳光的罗致，飞腾了光热转换功能，而且还拦阻了盐水的提供，最终导致蒸发功能清晰着落。因此，计划一种可能高效、不断处置高浓度盐水，并实现零液体排放脱盐的太阳能蒸发器是一项严正挑战。

02  【下场简介】

针对于以上挑战，山东第一医科大学李晨蔚教授团队初次提出一种立异策略，经由重大且环保的克复原以及常压干燥的措施，制备了具备三维梯度石墨烯螺旋海绵的气凝胶。这种气凝胶在太阳能蒸发高浓度盐水方面揭示出卓越的功能，并乐成实现为了零液体排放脱盐。该气凝胶的螺旋妄想清晰后退了能量接管功能，而其梯度收集妄想则增长了盐水的径向输送以及定向盐结晶。这两种妄想的欠缺立室，使患上气凝胶在太阳能蒸发（6.5 kg m^-2 h^-1）、盐群集（1.5 kg m^-2 h^-1）、零液体排放脱盐，以及临时持久性（在20wt%盐水中不断蒸发144小时）方面均展现卓越。在室外试验中，该气凝胶展现出3.1 kg m^-2 h^-1的超高产水速率，这一功能逾越当初报道的其余太阳能脱盐装置。此外，钻研团队还揭示了一种基于该气凝胶的不断脱盐浇灌零星，该零星在偏远地域具备重大的运用后劲，有望实现可不断的农业浇灌。这项使命不光揭示了一种别致的太阳能蒸发器妄想，并为妄想耐盐高效的下一代太阳能淡水淡化装置提供了紧张的迷信凭证。

03  【文章简介】

克日，该钻研下场于山东第一医科大学李晨蔚教授团队以 “Gradient Graphene Spiral Sponges for Efficient Solar Evaporation and Zero Liquid Discharge Desalination with Directional Salt Crystallization”为题宣告在国内驰名学术期刊《Advanced Science》上。山东第一医科大学2022级硕士钻研生赵德夷易近为本文第一作者，李晨蔚教授与丁美春副教授为配合通讯作者，山东第一医科大学为本文第一实现单元。

04  【图文剖析】

图1. (a) 三维梯度石墨烯螺旋气凝胶(GGS) 作为定向结晶蒸发器的展现图。螺旋妄想后退了能量接管功能，而梯度石墨烯收集实现为了盐水径向输送以及定向盐结晶。(b) 梯度石墨烯收集的SEM图像。梯度石墨烯收集的孔径从中间的150 μm逐渐减小到边缘的20 μm。

图2. (a) PMF-(2-10)的制备道理图以及MF以及PMF-(2-10)的SEM图像。(b) GF以及PGF-(2-10)的制备历程道理图。将MF 以及 PMF-(2-10) 经由三个不断的步骤转化为GF以及PGF-(2-10)：喷涂、空气单调以及太阳克复原。(c) GGS的分步制备步骤及GF以及PGF-(2-10)的SEM图像。

图3. (a) 石墨烯气凝胶概况盐结晶展现图。(b) 在一个太阳光强映射下，石墨烯气凝胶在20 wt%的盐水中妨碍48小时脱盐试验时的照片。(c) 梯度石墨烯气凝胶定向盐结晶的展现图。(d)在20 wt%的盐水中，梯度石墨烯气凝胶妨碍48小时脱盐试验时的照片。(e) GGS的定向盐结晶以及能量接管展现图。(f) GGS妨碍 48 小时脱盐试验时的照片。(g)梯度石墨烯气凝胶以及 GGS在 20 wt%的盐水中的质质变更随光阴的变更。GGS在 20wt%盐水中的 (h) 流体速率以及 (i) 盐度扩散的数值模拟。

图4. (a) 2D 石墨烯气凝胶以及3D GGS的蒸发历程展现图。(b) 在1个太阳光强映射下，GGS (四、6以及8 cm)在20 wt%盐水中的品质随光阴变更。(c)GGS海绵(四、6以及8 cm)不断脱盐72 小时的蒸发速率。(d) GGS以及其余已经报道的太阳能脱盐装置的蒸发速率、蒸发盐水浓度以及不断蒸发光阴的比力。(e) GGS概况面盐层红外辐射热成像图。(f) GGS与其余太阳能脱盐装置的集盐速率比力。(g) GGS不断脱盐72小时试验时的照片。

图5. (a) 以及 (b) 分说是基于GGS的重价淡水群集装置在室外太阳能脱盐以前以及之后的照片。(c)从上午9：00至下战书5：00室外太阳能脱盐装置群集的淡水照片。(d) 室外太阳能脱盐试验时的情景条件(温度以及太阳光照强度)。(e) 3月27日至4月2日室外太阳能脱盐试验时期的淡水产量以及情景条件(平均温度以及相对于湿度)。(f) 基于GGS的室外太阳能脱盐装置的淡水破费功能，并与近期文献报道妨碍比力。(g) 太阳能脱盐先后Na⁺ 的浓度。(h) 着实淡水在太阳能脱盐先后的主要离子浓度。(i) GGS在20 wt%盐水中不断脱盐144小时的蒸发速率。第一次循环试验停止群集盐层后，GGS可复原第二轮不断72小时试验。(j) 重价的不断脱盐浇灌零星装置。(k) 分说用20 wt%的盐水、传染水以及自来水浇灌15天后的小麦妨碍情景的照片。(l) 不断脱盐浇灌零星的潜在运用简图。

文章信息：

Demin Zhao, Meichun Ding*, Tianhao Lin, Zhenying Duan, Rui Wei, Panpan Feng, Jiahui Yu, Chen-Yang Liu, Chenwei Li*, Gradient Graphene Spiral Sponges for Efficient Solar Evaporation and Zero Liquid Discharge Desalination with Directional Salt Crystallization, Advanced Science, 2024, 2400310.

全文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202400310

作者简介：

李晨蔚，山东第一医科大学化学与制药工程学院教授/博士生导师，泰山学者青年专家，济南C类强人（省级领军强人）。2016年博士结业于中科院化学所。2021年退出山东第一医科大学，入驻济南校区医学科技立异中间，并组建“石墨烯复合功能质料”钻研团队。当初处置主要钻研高力学功能石墨烯气凝胶的制备及其在太阳能淡水淡化、医疗废水处置、储能、电催化、生物医用等规模的运用。近些年来，以第一作者以及通讯作者在Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Advanced Science等国内驰名期刊上宣告SCI论文30余篇，并主持多项紧张科研名目。当初负责山东省国内强人交流协会医学强人分会委员、Exploration、Nano Materials Science等期刊的青年编委。团队临时应聘青年教师、博士后，分心者可将简历发至邮箱：lichenwei@iccas.ac.cn。

丁美春，山东第一医科大学化学与制药工程学院副教授。2015年7月获中国迷信院化学钻研所博士学位，导师为张军钻研员。2015年8月至2017年9月于青岛科技大学睁开博士后钻研使命。2021年9月退出山东第一医科大学。钻研倾向为石墨烯复合质料的制备及功能化钻研、纳米纤维素凝胶的制备及生物医用钻研。在国内外期刊宣告研品评辩说文20余篇，以第一作者或者通讯作者在Advanced Science、Carbon Energy、Carbohydrate Polymers、Cellulose、Solar RRL等期刊宣告SCI高水平论文12篇。

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