太阳能膜蒸馏是一种简单有效、可持续的净水技术,能利用太阳能从污水和海水等不可饮用的水源中获取干净的饮用水。然而,已有光热膜用作太阳能膜蒸馏系统的产水效率普遍较低。因此,设计具有高产水效率的光热膜用作太阳能膜蒸馏系统势在必行。飞蛾的眼睛上覆盖着抗反射的纳米结构,使其能够在黑暗中视物,同时也防止光线从眼睛反射,减少鸟类、青蛙等捕食者的注意,使其在夜间具有伪装隐蔽性。
近期,苏州大学靳健教授课题组和中科大李文卫教授课题组合作,受飞蛾眼部的抗反射纳米结构的启发,设计开发一种垂直聚苯胺(PANI)纳米纤维层状结构的光热膜用作高效的太阳能膜蒸馏海水淡化。采用化学氧化聚合法,在疏水的聚偏二氟乙烯(PVDF)微滤膜表面生长上一层垂直排列的聚苯胺纳米纤维层。该纤维层能有效地降低对太阳光的反射和透过,具有极强的光捕捉效应,能吸收高达95%的太阳光,从而将更多的太阳能转化为水蒸气。因此,在一个太阳辐照下,该光热膜取得1.09 kg m-2 h-1产水速率和74.15%的太阳能利用效率。此外,垂直排列的聚苯胺纳米纤维层的构建方法适用于大部分的商业高分子微滤膜。这种具有光捕捉效应的仿生结构为实现具有高产水效率的光热膜用作太阳能膜蒸馏海水淡化提供了一个潜在的解决策略。
图1. (a)蛾眼结构;(b)太阳能膜蒸馏示意图和垂直聚苯胺纳米纤维层状结构对太阳光的捕捉效应;(c-d)不同放大倍数下的垂直聚苯胺纳米纤维层的顶部SEM图;(e)垂直聚苯胺纳米纤维层的截面SEM图。