本研究详细介绍了生物聚合物的定性和定量添加的影响，以及干燥方法对制备的光热膜在使用直接太阳能蒸汽发电(DSSG)策略海水淡化中的效果的影响。三种天然聚合物（NP）（即醋酸纤维素（CA）、阿拉伯胶（GA）和海藻酸钠（SA））、一种合成聚合物（即聚乙烯醇；PVA）以不同的（NP/PVA）重量比用于膜的制备，同时添加氧化石墨烯（GO）和二氧化硅气凝胶（SG）分别作为光热吸收剂和增强膜的漂浮性。太阳能驱动蒸发实验表明，NP/PVA比值的增加可以提高蒸发速率(ER)。当NP/PVA比例从1:1增加到2:1时，冻干光热膜在1-太阳光照下的性能(ER = 1.59 ~ 3.62 kg/m²/h)高于冻融膜(ER = 1.36 ~ 2.95 kg/m²/h)。有趣的是，在所有冻干膜中，SA/PVA = 3:1比的SA-膜在1-太阳光照下表现出最优性能(ER = 4.33 kg/m²/h)。高ER可以通过以下几个特征来解释：在高NP/PVA比下复合膜的亲水性增加，采用冷冻干燥方法时内部通道的高微孔结构；高氧化石墨烯含量能有效地将光能转化为热能；适当的膜厚(~0.5 mm)；除了SG的存在维持膜的可浮性诱导热局部化。因此，该研究使用生物聚合物氧化石墨烯进行DSSG系统的海水淡化降低了淡水生产的成本。
 

图1. 本研究中应用的 DSSG 系统示意图。
 

图2. 基于醋酸纤维素、阿拉伯胶和藻酸盐聚合物的不同复合膜。
 
 
图3. 选定的冻干 NP-PVA/GO-SG 复合膜及其放大倍数为 ×30 和 ×300 的 SEM 显微照片。
 

图4. 在1-太阳光模拟器下利用DSSG系统对不同复合膜进行蒸发性能实验：(a)重量比为（NP：PVA=2.0：1.0）的冻融膜，(b)重量比为（NP：PVA=2.0：1.0）的冻干膜。
 
 
图5. 在 1 -太阳光模拟器下利用DSSG系统时，冻融和冷冻干燥方法对不同 (NP/PVA) 比率下不同复合膜的性能和 ER 的影响。
 
       相关研究成果由埃及国家海洋与渔业研究所、放射光科学研究所和日本广岛大学放射光科学研究所Mohamed I.A. Ibrahim等于2024年发表在Desalination (https://doi.org/10.1016/j.desal.2024.117481 )上。原文：Cost-effective seawater desalination by photothermal membranes composed of biopolymers-doped graphene oxide using direct solar steam generation strategy

转自《石墨烯研究》公众号