太阳能净水:研究人员开发基于细菌纤维素纳米复合材料的高效仿生分层太阳能蒸发器
水对生命的生存至关重要。但是，缺水已成为现代社会的主要问题。今天，世界人口的五分之一生活在缺水地区，尤其是在没有电的地区。对于这些地区的人们来说，获得干净的饮用水通常是一项艰巨的任务。因此，他们迫切需要一种高效，低成本，可持续且易于获得的技术和设备来产生清洁水。太阳能是地球上最丰富和广泛的资源之一。太阳能净水技术简单有效，可从不可饮用的水源（如湖水，污水或海水）中获得干净的饮用水。
蒸发净水是一项古老的技术，不过中科大的一支研究团队报告了一种基于细菌纤维素（BC）纳米复合材料的高效且可持续的仿生分层太阳能蒸汽发生器（HSSG）。他们想到了用阳光、木材和细菌来共同净化饮用水的一套新方案。据悉，这套由木材制成的新型设备，可借助细菌来建立关键的纳米结构。当阳光汇聚到设备上时，被加热的液态水会加速蒸发。水蒸气可被引导至另一个单独的容器中再次凝结成干净的饮用水，但其它有害的污染物会被留下来。
在该HSSG中，分层结构的纳米复合材料在木质基材上生长，并通过纳米纤维的BC网络与木质基材紧密结合。BC纳米纤维与木材的纤维素交联，形成木材中的渗透层，这是木材和BC纳米复合材料层之间的牢固粘合剂。这种结构确保了从木材到BC纳米复合材料层的快速水传输，并使它们牢固地附着在木材基材上，为隔热和水传输提供了结构基础。玻璃气泡是微型中空玻璃球，为隔热和水输送提供了结构基础。在设备顶部，碳纳米管和BC纳米复合材料层具有复杂的交错结构，其中碳纳米管和纤维素纳米纤维形成纳米纤维的双重网络。在这种双网状结构中，碳纳米管起着高效的太阳光吸收剂的作用，而BC纳米纤维被用来输送水并减少蒸发的能量消耗。木材，玻璃气泡/ BC和碳纳米管/ BC的这种多层结构旨在实现快速的水传输，热管理，有效的光吸收和减少的汽化能耗。
此前我们已经见识过基于各种材料和配置的净水方案，比如通过漂浮在湖面上的机器来吸收下方水分、石墨烯制成的泡沫海绵、以及由浸碳纸和纤维素气凝胶制成的太阳能蒸馏器等。
不过中科大研究团队的新型净水器，则是在多层结构的顶部布置了吸光的碳纳米管、中间是隔热的玻璃泡、以及漂浮在水面上的木料底层。但这套方案中的关键成分，则是肉眼见不到的细菌。
研究团队先在木材表面涂抹发酵，然后在加上玻璃泡和碳纳米管时，细菌就会在它们的周围建造纤维素纳米纤维，从而将整个东西结合到一起。
这种天然的多孔结构设计，能够帮助木料保持水分和向上输送。当到达顶部的吸光碳纳米管层时，就会被加热并蒸发。同时玻璃状的气凝胶层可扮演隔热的角色，以防止热量向下散发。
研究团队称，这套太阳能蒸发器方案较大多数设计都更加有效，蒸发速度达到了 2.9 公斤 / 立方米 / 小时，太阳能的转化率为 80%，此外木料和碳纳米管材料相当丰富和实惠。
有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《纳米快报》（Nano Letters）上。
与其他太阳能净水技术相比，HSSG在蒸发率，能效，可持续性和成本方面具有巨大优势，这使其成为未来净水的有前途的技术。
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