太阳能驱动的界面蒸发是一种绿色环保、可再生、有前途的用于海水淡化和废水净化的新方法，可以长期且有效的解决淡水资源短缺的问题。本科技创新成果为一种太阳能驱动的基于纳米复合光热膜的海水淡化 / 废水净化装置。通过调整纳米复合光热膜的相比例等因素，实现光热膜的选择与渗透率的平衡。纳米复合有利于形成多层微孔结构，促使光在膜内部发生多次内反射，并可以为蒸发提供足够的水输运通道。纳米复合光热膜具有协同效应，既可以实现高的水蒸发速率和蒸发率，又对有机染料、盐离子以及重金属离子等具有高的去除率。

Ø  成果简介：本装置主要采用了激淋式横管降膜蒸发、多效闪蒸、多效回热、强化冷凝、强化对流等多项先进的强化传热传质措施，并有效地减少了装置中海水的热容量，使装置升温更迅速，运行五分钟即有淡水产出。装置中海水的蒸发与蒸汽的冷凝潜热得到了多次重复利用，使系统产水率得到成倍的提高，是传统盘式太阳能蒸馏器产水率的五倍，平均每平方米太阳能集热器日产水量12公斤以上，达到国际先进水平。所生产的淡水水质完全达到国家饮用水标准（＜500ppm）。该装置可以视用户情况专门设计，而且规模越大效率越高

我国现在运行的压水堆核电厂发电效率约为 33％，核燃料放出热量的 2/3被作为废热排入海中，造成热污染；较先进的火力电厂的发电效率也仅 40％左右。而水作为人类最宝贵的不可替代的自然资源，水短缺问题正日益影响着全球的生态环境和社会、经济发展。海水淡化技术是解决水资源紧缺问题的一条有效 途径，世界各国也越来越重视这种新技术。低温多效蒸发海水淡化（LT-MED）技术预处理简单，工作温度低，传热效率高，系统操作弹性大，并可有效地利用锅炉等余热或其它低位热能，电厂实现水电联产，成为海水淡化的主流技术之一。 针对日产万吨级 LT-MED 设备国产化，开展了相关基础研究，对 LT-MED 蒸发器的水平管结构、材料及布置形式，在低温低压、管内外均发生相变条件下进行了传热和流动的试验研究，获得了水平管降膜蒸发的基础数据，并确定了管外海水喷淋参数和管内蒸汽参数对传热特性及管内流动阻力特性的影响，得到了传热准则关联式和阻力计算关联式；建立了低温多效海水淡化装置单效蒸发器的热力计算模型，运用实验关联式，考虑了海水喷淋密度、温度、盐度，以及管内蒸汽流量、压力对传热系数的影响，也考虑了水和海水的物性随温度或盐度的变化。研发的计算程序可获得蒸发器内部流动与传热各参数的分布，结果与黄骅电厂工程实际符合良好。还研发了 TVC-MED 热力计算，该程序可用于蒸发器和 MED 系统的结构设计和运行参数优化，具有重要的实用价值和学术价值。为我国自行设计、开发高效水平管降膜蒸发器奠定了理论和实验基础。 

本系列产品是在南京工业大学承担的“十二五”国家科技支撑计划项目“3.5万吨日三倍浓缩多效蒸馏海水淡化技术研究与示范工程”（2015BAC08800）的基础上，开发系列海水淡化专用阻垢剂，主要由螯合剂、功能高分子、非离子表面活性剂等组成，在3倍浓缩海水中能有效地防止水中碳酸钙、硫酸钙等垢的析出，在自主设计的基于双路对比的动态评价装置上连续运行2000多小时、千吨/日的LT-MED装置连续运行6个月验证药剂的性能，阻垢效率大于95%，其性能超过国外著名水公司的药剂，达到同类技术国际领先水平，具有使用浓度

该项目为国际上首次利用等离激元增强效应实现高效太阳能海水淡化。该研究发现，三维铝颗粒等离激元黑体材料具有宽太阳光谱超高光吸收效率，大大提高海水淡化过程中光热转换效率；铝纳米颗粒的局域等离激元光学共振效应使得漂浮在水面的紧密排列的铝颗粒附近区域产生极高的局部温度和电磁场增强效应，有利于快速有效的淡水蒸汽产生，多孔结构提供了有效的蒸汽逃离通道；材料制备采用低成本金属铝为唯一原材料，采用简单可规模化生产的自组装制备方法，且材料的淡化性能表现出良好的稳定性和耐用性。

成果简介：本装置主要采用了激淋式横管降膜蒸发、多效闪蒸、多效回热、强化冷凝、强化对流等多项先进的强化传热传质措施，并有效地减少了装置中海水的热容量，使装置升温更迅速，运行五分钟即有淡水产出。装置中海水的蒸发与蒸汽的冷凝潜热得到了多次重复利用，使系统产水率得到成倍的提高，是传统盘式太阳能蒸馏器产水率的五倍，平均每平方米太阳能集热器日产水量12公斤以上，达到国际先进水平。所生产的淡水水质完全达到国家饮用水标准（＜500ppm）。该装置可以视用户情况专门设计，而且规模越大效率越高。 项目来源

碳气凝胶因在同类气凝胶材料中具有良好的导电性（5～40s/cm），以及高比表面积 而使其成为一种新型的理想电极材料．目前国外的研究集中在将碳气凝胶应用于超级电 容器（双电层电容器）电极、气体扩散电极，燃料电化学电池的电极、可充电电池电极 等，同济大学在这方面的研究工作也已开展了近十年，取得了一定的成果。 研究的目标是用碳气凝胶作电极，试制海水淡化原理型装置，进行各项参数的优化 研究。本材料是典型的环保与能源材料，所以有利于保护环境与资源综合利用。研究成 果应用于海水淡化、新能源器件等领域。

气凝胶（Aerogel）是一种具有超高孔隙率的三维纳米多孔材料，是目前世界上质量最轻、保温隔热性能最好、孔隙率最高、比表面积最高的固体材料。其密度极低，在3~500 mg/cm3之间可调，孔隙率高达80 %~99.8 %，比表面积可达1000 m2/g，常温下的热导率低至0.015 W/m·K，典型的孔径尺寸在1~100 nm之间。独特的纳米多孔结构使气凝胶具有许多特殊的物理性能，例如低热导率、低折射率、低声阻抗、低介电常数、强吸附性、高催化活性等等。这些优异的物理性能使气凝胶在航空航天、保温隔热、高效吸附、隔音、催化和储能等领域具有广阔的应用前景。 气凝胶比表面积高、孔隙率高、孔洞又与外界相通，性能稳定，因此它是很好的吸附材料，可以用来吸附有害气体和过滤有机物，有利于保护环境。碳气凝胶结合了碳材料本身的导电特性与气凝胶材料多孔的结构特性，可以应用在海水淡化等领域。 目前技术采用高比表面积的多孔碳气凝胶制成电极，制成海水淡化原理型装置。通过正反接电压实现装置的连续脱盐，提高装置的脱盐效率。

高校科技成果尽在科转云

近日，能源领域期刊Energy & Environmental Science（IF=33.250）发表了有关超高效太阳能海水淡化研究成果Ultrahigh-efficiency desalination via a thermally-localized multistage solar still，该论文由上海交大制冷与低温工程研究所ITEWA创新团队的徐震原副教授和王如竹教授与麻省理工学院Lenan Zhang博士和Evelyn N. Wang教授等合作完成，上海交通大学为第一完成单位。全被动式的太阳能海水淡化是解决海水淡化技术适应性的完美方案，且适用于缺乏基建和偏远地区，然而其效率一直偏低（约35%）。近年来，太阳能界面蒸发为高效便携式海水淡化提供了新的思路，成为了能源科学、材料科学和热科学的交叉领域研究热点，但在其效率仍然十分有限（约100%）。本研究提出的“界面局部加热型多级太阳能蒸馏架构”结合了太阳能界面局部加热和蒸汽焓回收，突破了前述研究的局限，显著提升了被动式太阳能海水淡化的效率。 在该论文中研究团队指出系统性的能量传递优化，而非高性能材料，是达到超高效太阳能海水淡化的关键。通过采用商用和低成本材料搭建的实验装置，研究团队在一个太阳辐照条件下创纪录地实现了385%的效率和5.78 L m-2 h-1的海水淡化产水率。除此之外，该装置可以通过毛细作用进行被动补水，同时通过盐分在夜间的反向扩散实现被动排盐，保证长效稳定的被动式工作。该研究所达到效率比2018年12月发表于Nature Sustainability和2019年7月发表于Nature Communications的被动式太阳能海水淡化效率记录分别高出约2.8倍和2倍，成为该领域的效率新记录。该工作为解决偏远或离网地区淡水短缺问题提供了实际解决方案，也为界面太阳能蒸发走向实用化和高效化提供了全新思路和理论框架。 该研究工作获得了国家自然科学基金面上项目（51976123）和创新研究群体项目（51521004）的资助。王如竹教授领衔的ITEWA创新团队（Innovative Team for Energy, Water & Air）致力于解决能源、水、空气交叉领域的前沿基础性科学问题和关键技术，旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案，推动相关领域取得突破性进展，近两年来已经在Joule上发表论文3篇，在Advanced Materials，Angewandte Chemie, iScience以及Energy Storage Materials上发表论文各1篇。论文链接：Ultrahigh-efficiency desalination via a thermally-localized multistage solar stillMIT News：Simple, solar-powered water desalination