Passive solare Entsalzung für hohe Effizienz und Salzabweisung über eine Umkehrung

Nature Water (2023)Diesen Artikel zitieren

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Obwohl die solarbetriebene Umkehrdestillation mit integrierter thermischer Lokalisierung in letzter Zeit eine attraktive Effizienz bei der Umwandlung von Solarenergie in Wasser gezeigt hat, gibt es kaum wirksame Ansätze zur Salzabweisung/-entladung, um eine nachhaltige passive solare Entsalzung zu erreichen. Hier haben wir aufwendig solare Destillationsgeräte hergestellt, die auf umgekehrt verdampfenden Wasserschichten mit einer Dicke im Millimeterbereich basieren, und bei solaren Entsalzungsprozessen erfolgreich eine gleichzeitige hohe Effizienz und Salzabweisung realisiert. Für eine nachhaltige Salzabscheidung wurden zwei passive Betriebsmodi (Schwerkraftmodus und Entladungsmodus) entwickelt, die bei 3,5 Gew.-% Sole einen Wirkungsgrad der Solar-Wasser-Umwandlung von 59,1 % bzw. 60,6 % zeigten. Noch bemerkenswerter ist, dass das hergestellte Gerät auch eine hervorragende Kapazität (47,4 % Effizienz) zur kontinuierlichen Entsalzung von Wasser mit hohem Salzgehalt (21 Gew.-%) ohne Salzkristallisierung zeigte. Für ein breites Anwendungsspektrum haben wir zehnstufige Entsalzungsgeräte diskutiert und getestet, die auf umgekehrt verdampfenden Wasserschichten basieren. Neben dem Erfolg der Salzabweisung in jeder Stufe wurde ein Gesamtwirkungsgrad von 354 % erreicht, was einen neuen Weg für die passive solare Hocheffizienz- und Salzabweisungsentsalzung anzeigt.

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Diese Arbeit wurde gemeinsam von der National Natural Science Foundation of China (Nr. 51976013 und Nr. 52006124) und der Beijing Natural Science Foundation (Nr. 3232031) unterstützt. Wir danken G. Wu, S. Liang, Y. Ji, D. Shi und Q. Ma für ihre Hilfe bei der Messung der optischen Parameter der Konvektionsabdeckung und der TiNOx-beschichteten Aluminiumplatte sowie P. Ren für seine Hilfe bei der Aufnahme optische Fotos von hydrophoben Membranen. ZZ dankt S. Liang, H. Cheng und R. Jin für ihre Hilfe bei den Experimenten.

Fakultät für Maschinenbau, Beijing Institute of Technology, Peking, China

Ziye Zhu, Hongfei Zheng, Hui Kong, Xinglong Ma und Jianyin Xiong

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HZ und ZZ hatten die Idee. HZ und JX leiteten die Forschung. ZZ und XM führten die Experimente durch. ZZ und HK führten die numerische Simulation durch. ZZ, JX, XM und HZ diskutierten die Ergebnisse. ZZ hat die erste Version des Artikels geschrieben. JX, HK und ZZ haben das Papier überarbeitet.

Korrespondenz mit Hui Kong, Xinglong Ma oder Jianyin Xiong.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Nature Water dankt Chengbing Wang und den anderen, anonymen Gutachtern für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Ergänzende Anmerkungen 1–16, Abb. 1–25 und Tabellen 1–5.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Zhu, Z., Zheng, H., Kong, H. et al. Passive solare Entsalzung mit hoher Effizienz und Salzabweisung durch eine umgekehrt verdampfende Wasserschicht mit einer Dicke im Millimeterbereich. Nat Water (2023). https://doi.org/10.1038/s44221-023-00125-1

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Eingegangen: 14. März 2023

Angenommen: 01. August 2023

Veröffentlicht: 31. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s44221-023-00125-1

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