纳米TiN/h-BN纤维复合气凝胶的制备及光热海水淡化性能 高等学校化学学报    2024, 45 (12): 20240403-.   DOI:10.7503/cjcu20240403

Fig.8 Cumulative mass changes of pure water for different samples under 1 kW/m² light irradiation(A) and pure water and 3.5% NaCl solution for T3 sample under different light irradiations(B), evaporation rate test in 20 cycles(C), the TiN/h⁃BN composite aerogel produces water vapor under light irradiation(D)

正文中引用本图/表的段落

基于纳米TiN/h-BN纤维复合气凝胶的太阳能驱动水蒸发及其实际应用的结果示于图8. 由图8（A）可见， 在1个太阳光（1 kW/m2）照射下， 在纯水和含有复合气凝胶样品的蒸发系统中， 光照60 min后纯 水空白对照组的质量几乎无变化， 含有复合气凝胶的蒸发系统中水量减少， 水逐渐被蒸发， 且水量 变化与时间呈线性关系， 蒸发速率稳定， 随时间的变化无明显变化. 纳米TiN/h-BN纤维复合气凝胶 的水蒸发速率随样品中氮化钛含量的增加， 呈现先增加后减小的趋势， T3具有较高的水蒸发 速率（2.88 kg·m?2·h?1）， 该太阳能驱动装置的光热蒸发效率（η）为93%. 在不同模拟太阳光照辐射 强度下， 测试了T3分别在纯水和3.5% NaCl盐溶液中的水蒸发量变化曲线［图8（B）］. 由计算可知， 在纯水中， 太阳辐射强度（I）为5 kW/m2时， T3的水蒸发速率（v）为5.23 kg·m?2·h?1， 分别比3 kW/m2（4.30 kg·m?2·h?1）和1 kW/m2（2.88 kg·m?2·h?1）光照辐射强度下提高了21.6%和81.6%， 表明光照辐射强度的增大， 提高了水的蒸发速率. 此外， 与纯水系统相比， 在盐溶液中T3的水蒸发速率略有下降， 在太阳辐射强度为5， 3和1 kW/m2时， 水蒸发速率分别为3.37， 3.14和2.03 kg·m?2·h?1， 可能是由于水分的蒸发使与气凝胶表面接触的NaCl溶液过饱和， 进而析出NaCl晶体， 附着在气凝胶骨架材料表面， 阻碍了水与气凝胶的接触， 堵塞了水的运输通道， 抑制了水蒸发. 此外， 根据拉乌尔定律， 相同条件下盐水的饱和蒸汽压小于纯水的蒸汽压， 为此盐水蒸发速率较纯水低.

同时， 图8（C）给出了复合气凝胶T3在3.5% NaCl溶液中， 1 kW/m2太阳光照射下， 经过20次循环的水蒸发速率变化曲线， 结果表明， 多次循环后样品的水蒸发速率稳定无变化， 证明所制备的纳米TiN/h-BN纤维复合气凝胶对于太阳能驱动的水蒸发具有良好的循环使用性能. 图8（D）为1 kW/m2光照下的实际应用照片及其红外图像， 可以观察到， 光辐射可有效提高系统的表面温度， 纳米TiN/h-BN纤维复合气凝胶实现了高效的光热转换， 液态水能够在复合气凝胶表面实现持续蒸发.

本文的其它图/表

• Fig.1  XRD patterns of the as⁃synthesized samples
• Fig.2  Survey(A), B_1s (B), N_1s (C) and Ti_2p (D) XPS spectra of BN, T3 and TiN samples
• Fig.3  SEM images of BN(A), T1(B), T2(C), T3(D) and T4(E) samples
• Fig.4  TEM images of h⁃BN(A) and T3(B) samples
• Fig.5  TEM image(A), EDS elemental mappings of N(B), B(C), Ti(D) of T3 sample
• Fig.6  UV⁃Vis⁃NIR absorption spectra of different samples
• Fig.7  Temperature change curves of different samples surfaces with time at 1 kW/m² simulated light irradiation(A), temperature change curves of T3 under different light irradiations(B), infrared images of T3 at 1 kW/m² simulated light irradiation(C)
• Table 1  Comparison of the performance of photothermal materials for solar water evaporation
• Fig.9  Cation elimination of artificial seawater