华为|用于自主太阳能海水淡化的 MXene 涂层膜（一）( 三 ) 智能手机|vivo|OPPO|手机行业

2.4. PMD实验
使用定制的丙烯酸MD模块测试了MXene涂层膜的性能，该模块的活性膜面积为0.0025 m2 (50 × 50 mm) 。安装在MD模块内部的扁平Ti3C2TX涂层膜夹在进水和冷却水流动通道之间。给水以不同的水盐度通过顶置罐进料。同时，使用齿轮泵（75211型， Cole-Parmer ， USA）冷却水再循环（逆流方向）。通过针阀(Swagelok SS-31RS4)控制给水流量，而冷却剂流量固定在100 mL/min 。使用水浴（600-F型， Julabo ， Germany）将进料水和冷却水的入口温度保持在20 °C 。保持固定的入口温度对于避免在黑暗条件下（无照明）形成可能导致偏移通量的温度梯度至关重要。
在PMD过程中，使用太阳模拟器（OAI ， TriSOL ， 350W）以一个太阳的照明功率密度（约1000 W/m2）对膜进行照明。使用光度计（Extech-SDL-400）将光强度维持在ca 。 1000瓦/平方米。石英光学窗口(50 mm × 50 mm)安装在MD模块的顶部，以最大限度地减少入射光的吸收。图S1显示了用于光热膜曝光的模块几何形状和曝光部分。用于检查原始和MXene涂层膜的PMD性能的整个实验装置的示意图分别如图1和S2所示。为了正确评估制造膜的PMD性能，我们同时研究了进料浓度和流速的影响。为此，我们在四种不同的浓度（即0.36、5、10和20 g/L）下进行了研究，在每种浓度下， PMD性能在四种不同的流速下进行测试，即0.1 ，分别为2、4、8、12和20 mL/min 。使用热敏电阻(NTC 10K精度= 0.01 °C)记录进料和冷却剂流的入口和出口温度，并使用红外(IR)相机(Fluke TiS40)捕获膜表面温度。使用记录在计算机上的数字天平（Mettler Toledo ， ML6002T ，精度0.001 g）对馏出物质量进行称重。使用精确的电导率计(WTW 3310)监测馏出物电导率，以观察整个MD过程中发生的任何膜孔润湿情况。

图1.基于MXene的PMD设置示意图。使用静水压力将给水（顶部蓝色水箱2 L）供应到进水通道，并使用针阀保持流量。在计算机界面秤上对渗透物进行称重。实验装置的照片可以在图S2B中找到。
2.5. PMD相关计算
通过制造膜的通量(J kg/m2 h)使用以下等式估算，其中?d (kg/h)是馏出物流速， Am (m2)是暴露于光照射的活性膜表面积。光照后， MXene引起的光热效应为膜表面提供热能，主要用于提高进料温度，随后提高蒸发潜热。然而，这种产生的热量的一部分通常在穿过膜到冷却剂侧的传导热传递中损失掉。因此，淡水生产效率（能源效率， ηth），相当于没有热回收的热脱盐系统中的增益输出比（GOR），定义为蒸馏水的热量与总输入能量的比率.在PMD的情况下，输入是光能；因此， GOR可以表示为其中?d是蒸馏水的生产速率(kg/s) ， hfg是汽化焓(kJ/kg) ， Iin是入射光的功率密度(kW/m2).脱盐率(RR)可以使用以下公式确定，其中σd和σf分别是馏出物和给水电导率(mS/cm) 。
3 。结果与讨论
3.1 。 MXene合成和表征
本研究中使用的 Ti3C2TX MXene纳米片是通过使用含氯化物和氟化物的蚀刻剂选择性地从其母MAX相（即 Ti3AlC2）中去除Al层来剥离的。之后，如材料和方法部分所述以及图2中示意性所示，使用蚀刻后的Li+离子嵌入工艺获得了独立的 Ti3C2TX纳米片。

图2.独立式 Ti3C2TXMXene纳米片的合成过程示意图，随后真空辅助过滤以在疏水性PTFE膜上沉积 Ti3C2TX薄膜。使用有机硅O形环将涂有MXene的膜放置在MD模块（最后一个面板中的黄色虚线边界）内。白色虚线边界表示有效照明区域(5 cm2) 。
在真空辅助过滤我们的MXene悬浮液（在甲醇中）之后，我们使用SEM研究了 Ti3C2TX纳米片在PTFE膜上的保形性。图3A和S3分别显示了沉积纳米片的相应俯视SEM显微照片，显示了它们相对较大的横向尺寸（约2.5+ μm）和表面上的均匀性。尽管PTFE具有疏水性，但 Ti3C2TX纳米片沿表面表现出优异的优先排列，如图3B中的横截面SEM显微照片所示。原则上，获得的二维分层结构可以形成一个通道间通道网络，水很容易流过这些通道。如图3C所示，使用EDX光谱和SEM确认了涂层MXene薄膜横截面的化学计量均匀性。相应的EDX图（图3C）展示了构成MXene纳米片的特征元素的均匀分布，即Ti、C、F和O 。还利用拉曼光谱探测了与这些原子之间的键合相关的分子振动。图4A显示了MAX相和剥离良好的 Ti3C2TX的相应拉曼光谱，显示了它们典型的面内和面外拉曼活性模式，即分别为E1g和A1g ，范围为100– 800厘米–1 。在母体Ti3AlC2相的拉曼光谱中观察到的尖峰在ca 。 126、198、272和662 cm-1是其特征分子振动的代表。由于适当去除了Al ， MXene的A1g（Ti ， C ， TX：O）和A1g振动模式在ca 。 202和720 cm-1分别相对于MAX在ca. 272 [A1g (Ti Al))和 662 cm-1 (A1g