2019-08-09 15:37:01
疏水性纳米结构木膜用于热效蒸馏

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在水脱盐期间,膜蒸馏(MD)受到溶解的溶质的水热分离效率低的挑战,因为其依赖于膜孔隙率和热导率。例如,现有的石油衍生膜已经面临重大的发展障碍。在一篇关于科学进展的新报告中,Dianxun Hou及其同事在美国,挪威和中国的土木,环境,建筑工程,材料科学和机械工程的跨学科部门制作了一个坚固的MD膜,直接来自可持续木材材料时间。

他们使用具有高孔隙率和分层孔结构的疏水纳米树脂膜,具有结晶纤维素纳米纤丝,木质部导管和腔的宽孔径分布,以促进水蒸气输送。尽管沿着纤维的高导热性允许沿轴向的有效散热,但是在构造的横向方向上的导热率极低以减少传导热损失。该膜表现出优异的固有蒸汽渗透性和热效率。热效率,水通量,可扩展性和可持续性的综合特性使得纳米材料非常适用于MD(膜蒸馏)应用。

水资源短缺是一项全球挑战,联合国(UN)报告称,目前全球近一半的人口居住在可能缺水的地区,每年至少有一个月。气候变化和快速城市化加剧了这一问题,在美国加利福尼亚州经历了长时间的干旱和频繁的野火,海水淡化可以通过从一系列盐水或污染源(包括海水)中提取淡水来帮助减轻水的压力。 ,微咸的地下水或废水。科学家利用纳米技术和先进制造技术推动了海水淡化。

然而,现有的水脱盐技术如反渗透是能量密集型的并且在其能量效率极限(~50%)下。因此,研究人员热衷于使用低成本和可再生能源作为减轻能源储存挑战的替代成本效益战略。膜蒸馏(MD)是一种新兴的热驱动分离方法,基于使用太阳能,热能或其他可再生资源的温度和蒸汽压力。在其作用机理中,水在MD细胞的热进料侧蒸发,以通过多孔疏水膜扩散,在冷渗透侧冷凝。

在MD期间,水蒸气的输送可导致对流热传递以减小梯度并降低跨膜传质的驱动力。科学家们设想理想的MD膜将结合大孔径,低孔隙弯曲度,低导热率,高孔隙率,最佳厚度,良好的机械强度,成本效益和低环境影响。然而,由于几个缺点,由合成聚合物制成的现有MD膜不符合最佳标准。

因此,在目前的工作中,侯等人。直接从可持续木材开发出第一个坚固的MD膜作为基于自然的水净化解决方案。土壤丰富的纳米纤维素材料通常用于对环境或健康影响最小的产品中,以构建脚手架,生物燃料或水过滤器。材料科学家通过化学处理和冷冻干燥直接去除木质素和半纤维素来开发当前版本的纳米食品,以保持各向异性纳米结构和木纤维的分级排列。

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