Science China Technological Sciences 2024年67卷第6期發表了華中科技大學
劉誌春
教授團隊的研究論文，題為「Impacts of multi-foulings on salinity gradient energy conversion process in negatively charged conical nanochannels」，揭示了膜孔內多點結垢對奈米通道鹽差能能量轉換效能的影響機制。
鹽差能廣泛存在於江河入海口處，總量可達2.4~2.6 TW。反電滲析為鹽差能高效利用提供了良好的解決方案。相較於傳統離子交換膜，人工奈米通道可以顯著增強鹽差能轉換效能。在長時間執行下，反電滲析過程中會存在膜結垢問題。
該文系統地研究了在不對稱構型下膜孔內多點結垢對帶負電荷的錐形奈米通道能量轉換效能的影響。結果表明，在構型Ⅰ中（小口徑側施加高濃度溶液），當跨膜濃度差較小時，多點結垢抑制過程的輸出功率。在構型Ⅱ中（小口徑側施加低濃度溶液），靠近大口徑側的多點結垢可增加過程輸出功率。在低濃度入口處附近形成的任何結垢都會導致過程輸出功率和能量轉換效率的降低。在構型Ⅰ和構型Ⅱ中，多點結垢使輸出功率分別降低了69.27%和99.94%。在構型Ⅰ中，隨著結垢表面電荷密度的增加，輸出功率先增大，達到最大值後減小。在構型Ⅱ中，隨著結垢表面電荷密度的增加，輸出功率先減小，達到最小值後增大。較大帶負電荷或正電荷的結垢都可增強過程的輸出功率和能量轉換效率。
錐形奈米通道膜孔多點結垢示意圖：構型I (上）和構型II（下）
在不同構型下，不同結垢位置對過程輸出功率的影響：(a, b) CH/CL= 60 ；(c, d) CH/CL= 600. A、B、C、AB、 AC、 BC 及ABC 代表結垢位置，CG代表沒有結垢發生
