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npj Clean Water volume 6, Número do artigo: 12 (2023) Cite este artigo

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A evaporação interfacial da energia solar é uma medida eficaz para aliviar a atual escassez global de recursos hídricos limpos. No entanto, muitos evaporadores solares são dispositivos estruturados bidimensionais (2D) desenvolvidos pelo revestimento de materiais absorvedores de luz na superfície dos materiais hospedeiros, e a eficiência da geração de vapor solar é limitada. Por esta razão, o presente estudo relata um método fácil e ecológico para construir um evaporador cônico tridimensional (3D) de madeira, que usa madeira flexível como substrato e complexo de ácido tânico como material absorvedor de luz e é formado por mais convolução. O design estrutural razoável e a combinação de materiais permitem que o evaporador mostre excelente resistência ao mofo e desempenho de evaporação altamente eficiente. A decoração preta melhora consideravelmente a absorção de luz da madeira, resultando em alta absorção (>90%) de DW-TA-Fe3+ na faixa de comprimento de onda de 200–800 nm. A taxa de evaporação de água do evaporador cone de madeira pode atingir até 1,79 kg m–2 h–1, cerca de 1,6 vezes maior que a do evaporador 2D. Além disso, o evaporador exibe excelente estabilidade biológica e desempenho de dessalinização eficaz. Espera-se que este trabalho ofereça uma nova direção no projeto de um evaporador de madeira 3D para dessalinização solar eficaz da água.

A escassez de água potável é um dos principais desafios atuais devido ao boom populacional e ao desenvolvimento industrial1,2,3. Para mitigar esse problema, muitas tecnologias, como eletrodiálise4, destilação por membrana5, osmose reversa6, destilação multiefeito (MED), dessalinização por adsorção (AD)7,8,9,10,11,12 etc. produção de água, no entanto, que têm aplicação limitada devido ao processo relativamente complexo, bem como alto custo e que têm aplicação limitada devido ao processo relativamente complexo, bem como alto custo e baixo índice de desempenho universal padrão (10-13%, foi calculado com base na energia primária padrão)13. A evaporação interfacial solar utilizada para dessalinização é um método eficaz e sustentável para aliviar a escassez de recursos de água doce14,15,16,17. Diferente da evaporação solar tradicional (que aquece uma grande quantidade de água)18,19,20,21, esta tecnologia utiliza uma estrutura específica para confinar a energia à camada de absorção de luz, permitindo a evaporação da água na superfície da estrutura, reduzindo efetivamente a perda de calor e alcançar maior eficiência de evaporação22,23,24,25,26,27.

Vários materiais fototérmicos foram introduzidos em sistemas de evaporação de interface solar, como íons nanometálicos28, óxido de grafeno29, polipirrol30, etc. O desempenho de evaporação eficiente foi alcançado melhorando a taxa de absorção e reduzindo a perda de calor de dispositivos de evaporação fototérmica31,32,33, 34,35,36,37. Ao decorar nanopartículas de metal na madeira natural, Zhu et al. projetou um material plasmônico com uma alta taxa de absorção de 99% na faixa de comprimento de onda de 200–2500 nm38. Feng et ai. desenvolveu um evaporador solar através da calcinação de esponjas de melamina (MS). O MS calcinado com isolamento térmico alcançou uma taxa de evaporação solar ultrarrápida (1,98 kg m−2 h−1) e alta eficiência fototérmica (~92%)39. Yan et ai. estudaram um aerogel ultraleve de palha de milho/grafeno com uma eficiência de conversão de energia solar de 95% por redução hidrotérmica de baixa temperatura e secagem atmosférica usando cristais de gelo como moldes40. Madeira natural de baixo custo foi utilizada como evaporador para dessalinização solar devido à sua estrutura microporosa e excelente hidrofilicidade. A maioria das pesquisas construiu dispositivos planares revestindo materiais absorvedores de luz nas seções transversais e longitudinais da madeira natural41,42,43,44. Atormentadas por fabricação complicada e baixa taxa de evaporação, essas tecnologias exigem melhorias adicionais no desempenho da evaporação. No entanto, a escolha dos materiais atingiu o gargalo da eficiência, e o limite teórico da eficiência da conversão de energia é difícil de ultrapassar.