北京工业大学任家炜团队近期于
Desalination
(
2024,592,118159
)发表题目为
"
Applications
of solar-driven interfacial evaporation-coupled photocatalysis in water
treatment: A mini review
"
的文章。该文章第一作者为博士生田双超，通讯作者为北京工业大学建筑工程学院任家炜教授。
本文综述了太阳能驱动界面蒸发（
SDIE
）和光催化耦合过程在水处理中的机理和应用。
SDIE
耦合光催化不仅能有效解决全球水资源短缺问题，为人类提供清洁淡水，还能推动可再生能源的发展，促进能源的可持续利用。在海水淡化方面，耦合工艺收集的冷凝水中典型金属离子的浓度可降至小于
1 mg/L
，符合饮用水质量标准。此外，耦合工艺对挥发性有机化合物
(VOC)
、非挥发性有机化合物
(NVOC)
和细菌的降解效率超过
90%
，从而防止了光热界面的表面污染，并通过防止非挥发性有机化合物进入蒸馏水来保护水质。在燃料生产方面，与单一光催化相比，耦合工艺可有效提高氢气、一氧化碳和甲烷等燃料的产量，将太阳能转化为可用或可储存的能源资源。总之，在耦合工艺中，
SDIE
和光催化的作用不是独立的，而是相辅相成的，能有效提高水处理质量和能源利用率。
耦合工艺在水处理方面显示出巨大的潜力。但值得注意的是，耦合工艺仍处于学术阶段，缺乏工业应用基础。在未来的发展中，有必要重点开发新的耦合材料，使其具有更强的光吸收、光热转换和光催化活性。此外，将耦合工艺与太阳能光伏技术相结合，可以优化太阳能的有效利用。然而，耦合工艺也存在一些需要克服的缺点。例如，如何去除蒸发界面的无机盐污染、不同光催化剂和光热材料应采用哪种耦合形式、光催化过程中加入空穴清除剂是否会影响
SDIE
等问题都有待解决。本文旨在激发对耦合工艺的进一步探索，以解决其目前的局限性，并促进其早日实现工业化。
图
1. (a)
界面蒸发示意图；(
b)
光催化剂的光催化过程；(
c)
太阳能驱动的界面蒸发与光催化耦合。
图
2.
不同的耦合方法。
(a) D
型耦合方法，用
MoS
2
纳米花装饰三维松果，设计出一种新型太阳能净水装置，用于产生淡水。
(b) S
型耦合方法：将光催化材料
CdS
和光热成分
MoSe
2
同时分别嵌入多孔木质素化木材中。
图
3.
光热转换机制（
a-d
）和光催化机制（
e-j
）。
(a)
电子
-
空穴产生
/
弛豫；
(b)
质子加热；
(c)
分子热振动；
(d)
微
/
纳米结构材料的多重相互作用；
(e)
有机污染物的光降解；
(f
和
g)
重金属离子的光降解；
(h)
可光降解微生物（细菌、病毒、真菌等）；
(i)
光催化还原硝酸盐；
(j)
光催化还原硝酸盐的反应机理和主要进展。
(j)
光催化硝酸盐还原生成氮
/
亚硝酸盐（红色）、氨（紫色）和氮氧化物（灰色）的反应机理和主要过程。
图
5.
耦合工艺的净水效果。
(a)
对金属离子的去除效果。
(b)
使用
ZSAS-3
处理前后重金属离子浓度的变化。
(c)
对非挥发性有机化合物的去除效果。
(d)
对挥发性有机化合物的去除效果。
(e)
对革兰氏阳性金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性大肠杆菌的抑制作用。
(f)
蒸发前后水的
pH
值。
(g)
模拟海水中
MT-Ag
2
S/CAM
界面蒸发器表面的盐溶解过程。
图
6.
耦合工艺的制氢过程。
(a)
光热
-
光催化制氢示意图。
(b)
纤维素周围水分子类型示意图。
(c)
木基水凝胶的制备和制氢过程。
(d)
光热
-
光催化水蒸气产生过程和水蒸气催化为氢气和氧气的示意图。
(e)
光催化
PA66/PPy/Cu
2
O
蒸发器的光热增强催化二氧化碳还原示意图。
图
7.
耦合过程的室外测试。
(a)
户外蒸发器在自然阳光下的照片。
(b)
记录的蒸发率和日照强度。
(c)
原水和通过光催化和不通过光催化蒸发收集的水的
TDS
和
TOC
浓度以及
3D-EEM
光谱
(d)
。
(e
、
f
）装置在
8:00
和
19:00
时的照片。
g
）一天中不同时间的产水率和水量。
(h)
太阳能驱动界面蒸发和还原六价铬的室外一体化装置示意图。
(i)
产水率和累积淡水产量的变化。
(j)
六价铬的光
-
芬顿还原效率；插图显示不同照射时间下的六价铬溶液。
(k)
室外实验中
Cr (Vl)
浓度的紫外可见吸收光谱图。
原文信息：
原文链接
：
https://doi.org/10.1016/j.desal.2024.118159
田双超
博士生
工作单位：北京工业大学建筑工程学院
邮箱地址：
tsc18843228599@outlook.com
任家炜
教授
任家炜
,
北京工业大学校聘教授，博导，北京市高层次人才，北工大高层次人才。主要从事的研究领域有水处理与资源化，海水淡化等相关科研工作，具体研究方向包括太阳能界面蒸发与结晶，饮用水处理与膜工艺，尿液源分离与资源化，地下水重金属与污染物原位修复等。先后在
Water
Research
，
Advanced
Science
，
Chemical
Engineering Journal
等国际行业顶刊发表
SCI
论文
40
余篇，出版国际专著章节
2
项，国家发明专利授权
2
项，团体标准
1
项。担任国际期刊脱盐《
Desalination
》青年编委。
https://yanzhao.bjut.edu.cn/yanzhao_old/info/1126/6148.htm
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