99.04%!山东大学李倩AFM | 新型自浮式光热/光催化蒸发器,高效净化挥发性有机废水!

太阳能驱动的光热界面蒸发技术被认为是缓解全球水资源危机的一种有前景的绿色方法。然而,从体相和蒸馏水中高效去除挥发性有机化合物(VOCs)仍然是这项技术的一个重大瓶颈。

202555日,山东大学李倩在国际知名期刊Advanced  Functional Materials发表题为《A Self-floating Photothermal/Photocatalytic Evaporator for Simultaneous High-Efficiency Evaporation and Purification of Volatile Organic Wastewater》的研究论文,硕士生安宁为论文第一作者,李倩为论文通讯作者。

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李倩,山东大学教授。20032008年本博毕业于山东大学,随后留校任教,2018年晋升为教授。

李倩教授主要从事固体废物资源化及能源化、环境功能材料开发及环境污染低碳高效治理与资源回收等方面的科研和教学工作。具体包括:1.生物质固体废物的资源化、高值化、能源化研究。2.环境友好材料的研发及高级氧化工艺、光热转化工艺等在环境污染低碳高效治理及资源化、能源化中的应用研究。3.工业水处理、水和污水再生、土壤改良与修复等。在PNASAMES&TWRACBJHMACS AMI等权威学术期刊上发表SCI论文150余篇,授权发明专利20余项。

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在本文中,作者受树木自然结构和蒸腾机制的启发,构建了一种自浮式太阳能驱动的蒸发/光催化集成系统(MCPWC),该系统采用了由Mn@g-C3N4/PANI/木质衍生碳组成的新型复合材料。

这种独特的蒸发器设计实现了卓越的蒸发性能(2.99 kg m-2·h-1),以及出色的光热转换能力(97.06%)。

值得注意的是,通过金属Mng-C3N4的修饰促进了光生电子空穴对的分离和迁移,从而增强了目标污染物的降解。

此外,聚苯胺(PANI)的引入不仅作为一种高效的光热吸收剂,也是一种助催化剂,与Mn@g-C3N4形成协同催化体系,实现了VOCs的高效降解(对体相水的降解率为95.69%,对蒸馏水的降解率为99.04%)。

因此,这种MCPWC蒸发器成功地将光催化降解整合到太阳能蒸发系统中,为处理受污染的废水提供了革命性的见解,并为生产高质量淡水开辟了新路径。

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图1:自浮式光热/光催化蒸发器(MCPWC)的制备过程、结构和性能

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图2:光热性能和蒸发效率

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图3:对挥发性有机化合物(VOCs)的去除性能

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图4:光催化降解机理

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图5:在实际水体净化中的应用

综上,本研究开发了一种自浮式太阳能驱动的光热/光催化集成蒸发器(MCPWC),利用Mn@g-C3N4/PANI/木质衍生碳复合材料,实现了高效的太阳能界面蒸发和挥发性有机化合物(VOCs)降解。

该研究为解决太阳能界面蒸发技术中VOCs去除难题提供了新思路,为受污染废水的高效处理和高质量淡水生产开辟了新路径。该技术在海水淡化、复杂水体净化以及有机污染物降解等领域具有广阔的应用前景,有望推动太阳能驱动的界面光热蒸发技术向实际清洁水生产方向发展。

A Self-floating Photothermal/Photocatalytic Evaporator for Simultaneous High-Efficiency Evaporation and Purification of Volatile Organic Wastewater, Adv. Funct. Mater.2025. https://doi.org/10.1002/adfm.202500777

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