从海水和废水中高效提取淡水和清洁水,可有效解决全球水短缺问题,具有广泛的前景。传统的淡水提取策略通常采用膜技术或热技术,过滤和反渗透等膜技术被广泛用于家庭获取清洁水,基于热能的水提取方法通常用于工业加热蒸馏,但这两种技术都不可避免地需要大量化石能源来维持高压或高温,从而导致高能耗和环境污染。因此,开发高效、低成本、可持续的海水淡化和废水处理技术日益迫切。
在各种淡水提取技术中,太阳能蒸汽发生器(Solar Steam Generator,SSG)尤其具有吸引力,因为它利用太阳能加热水并产生蒸汽,然后将蒸汽凝结成清洁水。近年来,太阳能蒸汽发生器因其成本低廉和环境效益而备受关注,然而,SSG 的太阳能转换效率相对较低,严重限制了其更广泛的应用。在传统的 SSG 系统中,太阳光加热整个水体,导致水体温度低,太阳能转换效率低。为了提高效率,通常采用加热管的太阳能集热器来提高水温,或者使用闪蒸或多效蒸馏装置加速冷凝水蒸气。然而,地球表面的太阳能密度相当低(1个太阳强度约为 1 kW m-2),因此需要大型、昂贵和复杂的太阳能聚光器来维持合理的 SSG 效率。为了以最低的能耗和材料成本满足人们对淡水的迫切需求,界面太阳能水蒸汽发生器(Interfacial SSG,ISSG)技术应用而生,这是目前最有前途的海水淡化和废水处理技术之一。典型的 ISSG 系统由两部分组成:1)位于水气界面的 ISSG蒸发器;2)集水器。在太阳能驱动的水净化过程中,ISSG 蒸发器将太阳能转换成的热量集中在水-空气界面上,显著提高了界面的局部温度,极大地提高了水蒸气生成效率。ISSG蒸发器通过毛细管力和不断的界面水蒸发,将液态水不断地泵送到水-空气界面上,并气化成水蒸气,然后通过集水器从水蒸气中冷凝收集新鲜或清洁的水。