本研究詳細介紹了生物聚合物的定性和定量添加的影響，以及干燥方法對制備的光熱膜在使用直接太陽能蒸汽發電(DSSG)策略海水淡化中的效果的影響。三種天然聚合物（NP）（即醋酸纖維素（CA）、阿拉伯膠（GA）和海藻酸鈉（SA））、一種合成聚合物（即聚乙烯醇；PVA）以不同的（NP/PVA）重量比用于膜的制備，同時添加氧化石墨烯（GO）和二氧化硅氣凝膠（SG）分別作為光熱吸收劑和增強膜的漂浮性。太陽能驅動蒸發實驗表明，NP/PVA比值的增加可以提高蒸發速率(ER)。當NP/PVA比例從1:1增加到2:1時，凍干光熱膜在1-太陽光照下的性能(ER = 1.59 ~ 3.62 kg/m
2/h)高于凍融膜(ER = 1.36 ~ 2.95 kg/m
2/h)。有趣的是，在所有凍干膜中，SA/PVA = 3:1比的SA-膜在1-太陽光照下表現出最優性能(ER = 4.33 kg/m
2/h)。高ER可以通過以下幾個特征來解釋：在高NP/PVA比下復合膜的親水性增加，采用冷凍干燥方法時內部通道的高微孔結構；高氧化石墨烯含量能有效地將光能轉化為熱能；適當的膜厚(~0.5 mm)；除了SG的存在維持膜的可浮性誘導熱局部化。因此，該研究使用生物聚合物氧化石墨烯進行DSSG系統的海水淡化降低了淡水生產的成本。
圖1. 本研究中應用的 DSSG 系統示意圖。
圖2. 基于醋酸纖維素、阿拉伯膠和藻酸鹽聚合物的不同復合膜。
圖3. 選定的凍干 NP-PVA/GO-SG 復合膜及其放大倍數為 ×30 和 ×300 的 SEM 顯微照片。
圖4. 在1-太陽光模擬器下利用DSSG系統對不同復合膜進行蒸發性能實驗：(a)重量比為（NP：PVA=2.0：1.0）的凍融膜，(b)重量比為（NP：PVA=2.0：1.0）的凍干膜。
圖5. 在 1 -太陽光模擬器下利用DSSG系統時，凍融和冷凍干燥方法對不同 (NP/PVA) 比率下不同復合膜的性能和 ER 的影響。
相關研究成果由埃及國家海洋與漁業研究所、放射光科學研究所和日本廣島大學放射光科學研究所Mohamed I.A. Ibrahim等于2024年發表在Desalination (https://doi.org/10.1016/j.desal.2024.117481 )上。原文：Cost-effective seawater desalination by photothermal membranes composed of biopolymers-doped graphene oxide using direct solar steam generation strategy
轉自《石墨烯研究》公眾號
