论文标题：Scalable Core–Sheath Yarn for Boosting Solar Interfacial Desalination through Engineering Controllable Water Supply

期刊：Engineering

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.03.015

微信链接：点击此处阅读微信文章

在太阳能界面海水淡化这一前沿领域，由中国工程院院士徐卫林领衔的武汉纺织大学纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室科研团队取得新的进展，其相关研究成果以“Scalable Core–Sheath Yarn for Boosting Solar Interfacial Desalination through Engineering Controllable Water Supply”（规模化制造芯鞘纱线基太阳能界面蒸发系统的供液调控和海水淡化性能）为题发表于中国工程院院刊《Engineering》。该团队成功研发出一种规模化制造的芯鞘纱线织物基太阳能光热蒸发系统，为解决全球淡水危机提供了新的有效途径。肖杏芳、潘露琪为文章共同第一作者，张骞、徐卫林为通讯作者。

在水资源日益紧张的当下，太阳能界面蒸发技术因具有高效利用太阳能转化为热能进行水蒸发的优势，成为研究热点。然而，传统光热蒸发系统在供液调控和防止盐结晶方面存在诸多难题。武汉纺织大学的研究团队创新性地采用莫代尔纤维为芯、碳纤维为鞘的芯鞘结构纱线，利用大规模二维高速编织技术制备出高效稳定的太阳能界面海水淡化系统。

研究过程中，团队首先通过将水溶性维纶包覆在碳纤维表面形成混纺纱，再与莫代尔纱线编织成芯鞘纱（CSY），进一步织造为 CSY 织物（CSY - F）。经测试，CSY - F 在整个太阳光谱上吸收率高达 92%，其超亲水的莫代尔芯层能显著提升碳纤维鞘层的供液能力。通过调整芯纱莫代尔纱线的股数，可精准调控供液量，实现稳定高效的太阳能界面海水淡化。

在光热蒸发性能实验中，研究人员发现，在一个太阳光辐射强度（1 kW•m^-2）下，当芯纱莫代尔股数为 8 时，蒸发系统性能达到最优，蒸发速率可达 2.12 kg•m^-2•h^-1，能量转换效率达 93.7%。在长时间盐水分离性能测试中，针对盐分积聚影响蒸发性能的问题，团队利用织物特性设计折纸结构增加供液路径，有效防止了盐结晶。实验表明，在质量分数为 5% 的 NaCl 溶液中蒸发 8 小时后，优化后的系统表面无盐结晶，且蒸发率保持较高水平，冷凝水离子浓度符合世界卫生组织健康饮用水标准。

大规模户外实验进一步验证了该系统的实用性。在晴天条件下，采用 8 股莫代尔芯纱的大型 CSY - F 蒸发系统蒸汽产量约为 7.5 L•m^-2•d^-1，且未出现明显盐分析出，展现出良好的稳定性。

该研究成果为太阳能界面海水淡化技术提供了新的材料和结构设计思路，其采用的传统纺织技术制备方法也为大规模应用奠定了坚实基础，有望在未来缓解全球淡水短缺问题上发挥关键作用，让太阳能海水淡化技术更接近实际应用场景，为沿海地区及海岛等淡水匮乏地区带来新的希望。

引用信息：

Xingfang Xiao, Luqi Pan, Tao Chen, Manyu Wang, Lipei Ren, Bei Chen, Yingao Wang, Qian Zhang, Weilin Xu. Scalable Core–Sheath Yarn for Boosting Solar Interfacial Desalination through Engineering Controllable Water Supply. Engineering, 2023, 30(11): 153–160.

Open access

开放获取全文

https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.03.015

更多内容

超滤工艺助力饮用水处理：高效去除抗生素，降低健康风险

哈工大构建超薄纳米多孔膜，实现高效海水淡化

东华大学研发仿生蝶翅制冷纺织品，给身体降温

李静海院士团队：未来数据系统的逻辑与架构

Engineering征稿启事：人工智能赋能工程科技