深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院劉長(zhǎng)坤副教授團(tuán)隊(duì)在環(huán)境領(lǐng)域Chemical Engineering Journal、Journal of Materials Chemistry A等國(guó)際著名期刊上發(fā)表光熱太陽(yáng)能蒸發(fā)方向系列研究論文。

題為“A novel slide-like cotton-based evaporator with gradient evaporation strategy for seawater resource acquirement”的研究論文，深圳大學(xué)碩士研究生梁倩為第一作者，副教授劉長(zhǎng)坤為通訊作者，深圳大學(xué)為第一作者單位和唯一通訊單位。該論文發(fā)表于國(guó)際著名期刊 Chemical Engineering Journal（中科院大類(lèi)1區(qū)，影響因子13.3（接收發(fā)表日））。

本研究設(shè)計(jì)了一種新型滑梯型棉基太陽(yáng)能蒸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)了毛細(xì)管力誘導(dǎo)重力輔助的快速水輸送。在1個(gè)太陽(yáng)光（1 KW m^-2）下，在3.5 wt% NaCl溶液中長(zhǎng)期蒸發(fā)10 天，獲得了穩(wěn)定的水分蒸發(fā)速率（1.77 kg m^-2h^?1）和光熱轉(zhuǎn)換效率（95.47%）。此外，充足的水供應(yīng)促進(jìn)了蒸發(fā)表面及其周邊無(wú)鹽聚集的自清潔性能。本研究為實(shí)現(xiàn)海水資源的綜合利用提供了新的思路。

本文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147222

題為“Novel mushroom-like cotton-based evaporator for simultaneous freshwater production and salt harvesting via edge-preferential crystallization”的研究論文，深圳大學(xué)碩士研究生李軍為第一作者，副教授劉長(zhǎng)坤為通訊作者，深圳大學(xué)為第一作者單位和唯一通訊單位。該論文發(fā)表于國(guó)際著名期刊Chemical Engineering Journal（中科院大類(lèi)1區(qū)，影響因子13.3（接收發(fā)表日））。

本研究介紹了一種新型的蘑菇型棉基蒸發(fā)器，用于同時(shí)生產(chǎn)淡水和收獲鹽分。將聚苯胺（PANI）和碳納米管（CNTs）沉積在棉織物上，在3.5 wt% NaCl溶液中，在太陽(yáng)照射下，蒸發(fā)速率可達(dá)1.88 kg m^-2h^-1，太陽(yáng)蒸發(fā)效率高達(dá)99.4%。此外，還可以獲得70.2%的顯著集水效率和42.1 g m^-2h^-1的高鹽收獲率。獨(dú)特的邊緣優(yōu)先結(jié)晶現(xiàn)象不僅避免了鹽污染，而且由于毛細(xì)力、棉纖維水通道以及蒸發(fā)過(guò)程中“蘑菇帽”的斜邊重力輔助輸水作用，促進(jìn)了鹽的收獲。此外，聚苯胺和碳納米管相結(jié)合的光熱層的低導(dǎo)熱系數(shù)（0.163 W m^-1K^-1）以及水的垂直向上輸送行為，均有效地減少了熱損失。該研究在海水淡化以及海水資源綜合利用方面具備優(yōu)勢(shì)。

本文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151670

題為“Novel solar evaporator with closely-stacked reverse U-shaped hydrogel tubes for long-term stable evaporation with excellent salt resistance”的研究論文，深圳大學(xué)碩士研究生鄧達(dá)行為第一作者，副教授劉長(zhǎng)坤為通訊作者，深圳大學(xué)為第一作者單位和唯一通訊單位。該論文發(fā)表于國(guó)際著名期刊Chemical Engineering Journal（中科院大類(lèi)1區(qū)，影響因子15.1（接收發(fā)表日））。

本文開(kāi)發(fā)了一種新型的3D堆疊水凝膠太陽(yáng)能蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器使用還原氧化石墨烯（rGO）、海藻酸鈉（SA）和聚乙烯醇（PVA）來(lái)制備具有緊密堆疊的倒U型水凝膠管，純水蒸發(fā)的平均速率為1.51 kg m^-2h^-1，太陽(yáng)能蒸發(fā)效率為93.65%。由于有效的供水和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，頂部的高濃度鹽水可以沿濃度梯度回流到水體中，防止了鹽的結(jié)晶，保證了蒸發(fā)器的穩(wěn)定運(yùn)行。本研究設(shè)計(jì)了一種穩(wěn)定高效的海水淡化3D太陽(yáng)能蒸發(fā)器，為解決淡水短缺問(wèn)題提供了理論應(yīng)用支持。

本文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145422

題為“Directional solution transfer of a 3D solar evaporator inhibiting salt crystallization”的研究性論文，碩士研究生彭燁為第一作者，劉長(zhǎng)坤副教授為通訊作者，深圳大學(xué)為第一作者單位和唯一通訊單位。該論文發(fā)表于國(guó)際著名期刊Journal of Materials Chemistry A（中科院大類(lèi)1區(qū)，影響因子14.5（接收發(fā)表日））。

該論文通過(guò)簡(jiǎn)單的方法制備了一種由棉材料、還原石墨烯（rGO）、海藻酸鈉（SA）和聚乙烯醇（PVA）構(gòu)成的新型3D水凝膠蒸發(fā)器。該蒸發(fā)器表現(xiàn)出4.57 kg m^-2h^-1的優(yōu)異蒸發(fā)速率，并保持高效蒸發(fā)5天無(wú)鹽結(jié)晶?；趦?yōu)異的輸水能力和獨(dú)特的3D結(jié)構(gòu)，該蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)了冷熱雙模式蒸發(fā)，通過(guò)溶液定向轉(zhuǎn)移增強(qiáng)蒸發(fā)性能并抑制鹽結(jié)晶。該論文旨在通過(guò)開(kāi)發(fā)可持續(xù)、高性能的太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)來(lái)解決淡水資源短缺問(wèn)題。

全文鏈接：https://doi.org/10.1039/d1ta05529a

題為“Novel Three-Dimensional Cut Umbrella-like Evaporator with Four Angle-Adjustable Evaporation Surfaces in a Submersible Floatation State for Enhanced Seawater Desalination”的研究論文，深圳大學(xué)碩士研究生鄧達(dá)行為第一作者，副教授劉長(zhǎng)坤為通訊作者，深圳大學(xué)為第一作者單位和唯一通訊單位。該論文發(fā)表于國(guó)際著名期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering（中科院大類(lèi)1區(qū)，影響因子7.1（接收發(fā)表日））。

本研究開(kāi)發(fā)了一種由交聯(lián)聚乙烯醇（PVA）、還原氧化石墨烯（rGO）、棉織物共同組成的新型三維剪切傘狀蒸發(fā)器（CUL-evaporator），具有四個(gè)角度可調(diào)的蒸發(fā)表面。在蒸發(fā)速率和純水產(chǎn)量方面，使用較少生產(chǎn)材料的CUL-evaporator優(yōu)于全傘狀蒸發(fā)器，這種優(yōu)越的性能源于有效地利用了蒸發(fā)面背面的蒸發(fā)性能。受益于重力輔助水運(yùn)輸特性，蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)了高達(dá)3.45 kg h^-1m^-2的蒸發(fā)速率。本研究提出了一種新的3D蒸發(fā)器設(shè)計(jì)，為長(zhǎng)期、穩(wěn)定和耐鹽的蒸發(fā)過(guò)程提供了有效的方法。

本文鏈接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c05529

題為“Overcoming salt crystallization with ionic hydrogel for accelerating solar evaporation”的研究性論文，副研究員趙新振為第一作者，劉長(zhǎng)坤副教授為通訊作者，深圳大學(xué)為第一作者單位和唯一通訊單位。該論文發(fā)表于國(guó)際著名期刊Desalination（中科院大類(lèi)1區(qū)，影響因子9.5（接收發(fā)表日））上。

該論文通過(guò)便捷的一步交聯(lián)法制備了一種新型的基于水凝膠的太陽(yáng)能蒸發(fā)器。以海藻酸鈉和PEDOT:PSS復(fù)合水凝膠作為功能層，實(shí)現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)換和原位加熱。蒸發(fā)器的蒸發(fā)速率達(dá)到1.23 kg m^-2h^-1，對(duì)模擬海水中各種離子的去除率高于99.8%，表現(xiàn)出良好的應(yīng)用穩(wěn)定性。研究還發(fā)現(xiàn)，在太陽(yáng)能海水淡化過(guò)程中，鹽結(jié)晶現(xiàn)象能夠有效克服。基于離子水凝膠的膨脹能力和超親水三維孔隙結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)器展現(xiàn)出穩(wěn)定的自驅(qū)水吸引能力，在蒸發(fā)界面形成一層水合層，抑制鹽溶液的過(guò)飽和現(xiàn)象。PEDOT組分實(shí)現(xiàn)了蒸發(fā)界面附近水合層的原位加熱，增強(qiáng)了熱能利用效率。該論文為利用基于水凝膠的新型太陽(yáng)能蒸發(fā)器進(jìn)行實(shí)際海水淡化應(yīng)用提供參考。

全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.desal.2020.114385