De mechanismen van verbeterde verdampingsflux door nanokanalen

Beperkte massaoverdracht richt zich voornamelijk op het dynamische gedrag van water, ionen, gas en andere media opgesloten in nanokanalen. Wetenschappers tonen recentelijk toenemende belangstelling voor beperkte massaoverdracht vanwege de brede toepassing ervan in energie, milieu, gezondheid en andere gebieden. Het interface-effect is echter dominant op nanoschaal en de opgesloten vloeistof heeft andere structuur- en transportkenmerken dan op macroschaal. Als gevolg hiervan is het traditionele continuümmechanica-model niet langer toepasbaar, terwijl er nog steeds geen globaal theoretisch model op nanoschaal is.

De onderzoeksgroep onder leiding van prof. WANG Fengchao van het Department of Modern Mechanics, University of Science and Technology of China (USTC) van de Chinese Academy of Sciences (CAS), onthulde de onderliggende mechanismen van de verbeterde verdampingsflux door nanokanalen en bouwde een kwantitatief model van de door verdamping aangedreven vloeistofstroom door nanokanalen. Dit werk is gepubliceerd in Fysica van vloeistoffen.

Het bovengenoemde werk helpt de ultrahoge flux van de films van covalente organische raamwerken (COF’s) te verklaren in een onderzoek dat een strategie voorstelt om membraandestillatiemembranen te fabriceren die zijn samengesteld uit verticaal uitgelijnde kanalen met een hydrofiliciteitsgradiënt. Dit werk is in samenwerking met USTC en het Beijing Institute of Technology gepubliceerd in: Natuurmaterialen.

De verbeterde verdamping in de buurt van het grensvlak tussen vast en vloeibaar en de verminderde dampdiffusielengte in de ontworpen COF-laag werken samen om de waterflux van het COF-membraan te vergroten. Bovendien is er ook een opening in de zuivere waterlaag gevonden tussen het water-dampinterface en het zout-dampinterface, waardoor direct contact van de ionen met de poriewanden of het verdampingsinterface wordt voorkomen. Aangezien het geladen oppervlak de aangrenzende zoutconcentratie verlaagt en dus de zoutkristallisatie vermindert, leidt dit tot het anti-bevochtigingsgedrag van de ontwikkelde COF-membranen.

Deze studies realiseren superieure waterontziltings- en zuiveringsprestaties op basis van de verbetering van de verdamping door nanokanalen in vergelijking met traditionele technologie, en bevorderen de ontwikkeling van gradiëntmembranen voor moleculaire zeven.