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npj Clean Water volume 6, Numero articolo: 12 (2023) Citare questo articolo

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L’evaporazione interfacciale dell’energia solare è una misura efficace per alleviare l’attuale carenza globale di risorse idriche pulite. Tuttavia, molti evaporatori solari sono dispositivi strutturati bidimensionali (2D) sviluppati rivestendo materiali che assorbono la luce sulla superficie dei materiali ospitanti e l’efficienza della generazione di vapore solare è limitata. Per questo motivo, il presente studio riporta un metodo semplice ed ecologico per costruire un evaporatore in legno tridimensionale conico (3D), che utilizza legno flessibile come substrato e un complesso di acido tannico come materiale che assorbe la luce ed è formato da ulteriori convoluzione. Il design strutturale ragionevole e la combinazione di materiali consentono all'evaporatore di mostrare un'eccellente resistenza alla muffa e prestazioni di evaporazione altamente efficienti. La decorazione nera migliora notevolmente l'assorbimento della luce del legno, risultando in un'elevata assorbanza (>90%) di DW-TA-Fe3+ nell'intervallo di lunghezze d'onda di 200–800 nm. Il tasso di evaporazione dell'acqua dell'evaporatore a cono di legno può raggiungere fino a 1,79 kg m−2 h−1, circa 1,6 volte superiore a quello dell'evaporatore 2D. Inoltre, l'evaporatore presenta un'eccezionale stabilità biologica e prestazioni di desalinizzazione efficaci. Si prevede che questo lavoro offra una nuova direzione nella progettazione di un evaporatore in legno 3D per un’efficace desalinizzazione solare dell’acqua.

La scarsità di acqua pulita è oggi una delle principali sfide urgenti a causa del boom demografico e dello sviluppo industriale1,2,3. Per mitigare questo problema, sono state utilizzate molte tecnologie come l’elettrodialisi4, la distillazione a membrana5, l’osmosi inversa6, la distillazione multieffetto (MED), la desalinizzazione per adsorbimento (AD)7,8,9,10,11,12, ecc. produzione di acqua, tuttavia, che hanno un'applicazione limitata a causa del processo relativamente complesso e dei costi elevati e che hanno un'applicazione limitata a causa del processo relativamente complesso, nonché dell'alto costo e del basso rapporto di prestazione universale standard (10–13%, è stato calcolato sulla base dell’energia primaria standard)13. L'evaporazione interfacciale solare utilizzata per la desalinizzazione è un metodo efficace e sostenibile per alleviare la carenza di risorse di acqua dolce14,15,16,17. Diversamente dalla tradizionale evaporazione solare (riscaldamento di una grande quantità di acqua)18,19,20,21, questa tecnologia utilizza una struttura specifica per confinare l'energia allo strato che assorbe la luce, consentendo l'evaporazione dell'acqua sulla superficie della struttura, riducendo efficacemente la perdita di calore e ottenere una maggiore efficienza di evaporazione22,23,24,25,26,27.

Vari materiali fototermici sono stati introdotti nei sistemi di evaporazione interfacciale solare, come ioni nanometallici28, ossido di grafene29, polipirrolo30, ecc. Prestazioni di evaporazione efficienti sono state ottenute migliorando il tasso di assorbimento e riducendo la perdita di calore dei dispositivi di evaporazione fototermica31,32,33, 34,35,36,37. Decorando nanoparticelle metalliche nel legno naturale, Zhu et al. ha progettato un materiale plasmonico con un elevato tasso di assorbimento del 99% nell'intervallo di lunghezze d'onda compreso tra 200 e 2500 nm38. Feng et al. ha ideato un evaporatore solare tramite calcinazione di spugne di melammina (MS). La MS calcinata con isolamento termico ha raggiunto un tasso di evaporazione solare ultraveloce (1,98 kg m−2 h−1) e un'elevata efficienza fototermica (~ 92%)39. Yan et al. ha studiato un aerogel ultraleggero di paglia di mais/grafene con un'efficienza di conversione dell'energia solare del 95% mediante riduzione idrotermale a bassa temperatura ed essiccazione atmosferica utilizzando cristalli di ghiaccio come modelli40. Il legno naturale a basso costo è stato utilizzato come evaporatore per la desalinizzazione solare grazie alla sua struttura microporosa e all'eccellente idrofilicità. La maggior parte delle ricerche ha costruito dispositivi planari rivestendo materiali che assorbono la luce sulle sezioni trasversali e longitudinali del legno naturale41,42,43,44. Afflitte da una produzione complicata e da un basso tasso di evaporazione, queste tecnologie richiedono un ulteriore miglioramento delle prestazioni di evaporazione. Tuttavia, la scelta dei materiali ha raggiunto il limite dell’efficienza e il limite teorico dell’efficienza di conversione energetica è difficile da spingere oltre.