高润湿和非润湿垂直条带的雾收集,Langmuir

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高润湿和非润湿垂直条带的雾收集
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2022-01-26 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c02965
Zhixiong Song ₁ , Eric Shen Lin ₁ , Md Hemayet Uddin ₂ , Hassan Ali Abid ₁ , Jian Wern Ong ₁ , Oi Wah Liew ₃ , Tuck Wah Ng ₁

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高度润湿和非润湿基材已广泛用于雾水收集系统，以增强集水能力。在这项工作中，由具有不同润湿特性和宽度为 1-5 毫米的 PVC 条组成的雾收集基材垂直排列并以规则的间隔间隔开，以得到相同的 0.8 固体面积分数。对测试配置的集水效率的评估表明，1 毫米宽的超亲水条带是最有效的，与 2.8 毫米宽的条带相比，集水量增加了一倍。这一发现归因于雾的气溶胶颗粒分布的低斯托克斯数，这往往导致它们被流动流线带向条带之间的气隙。每个条带边缘的停滞流动区域，通过潜在流量计算揭示，然后导致更高的液体吸收和影响那里的集水。还发现，最初表现出 161° 接触角的 Cassie 非润湿基材在雾拦截 60 分钟内转变为接触角为零的 Wenzel 润湿。光学轮廓测量显示，条带的中心区域和边缘之间的表面粗糙度没有明显差异，这表明表面形态不太可能是增强边缘集水的一个因素。此处的研究结果表明，如果堵塞和再夹带不是重要因素，那么宽度较窄（1 毫米）的高度湿润的垂直条带结构比更宽的条带更适合用于集水。然后引起更高的液体吸收和撞击那里的集水。还发现，最初表现出 161° 接触角的 Cassie 非润湿基材在雾拦截 60 分钟内转变为接触角为零的 Wenzel 润湿。光学轮廓测量显示，条带的中心区域和边缘之间的表面粗糙度没有明显差异，这表明表面形态不太可能是增强边缘集水的一个因素。此处的研究结果表明，如果堵塞和再夹带不是重要因素，那么宽度较窄（1 毫米）的高度湿润的垂直条带结构比更宽的条带更适合用于集水。然后引起更高的液体吸收和撞击那里的集水。还发现，最初表现出 161° 接触角的 Cassie 非润湿基材在雾拦截 60 分钟内转变为接触角为零的 Wenzel 润湿。光学轮廓测量显示，条带的中心区域和边缘之间的表面粗糙度没有明显差异，这表明表面形态不太可能是增强边缘集水的一个因素。此处的研究结果表明，如果堵塞和再夹带不是重要因素，那么宽度较窄（1 毫米）的高度湿润的垂直条带结构比更宽的条带更适合用于集水。还发现，最初表现出 161° 接触角的 Cassie 非润湿基材在雾拦截 60 分钟内转变为接触角为零的 Wenzel 润湿。光学轮廓测量显示，条带的中心区域和边缘之间的表面粗糙度没有明显差异，这表明表面形态不太可能是增强边缘集水的一个因素。此处的研究结果表明，如果堵塞和再夹带不是重要因素，那么宽度较窄（1 毫米）的高度湿润的垂直条带结构比更宽的条带更适合用于集水。还发现，最初表现出 161° 接触角的 Cassie 非润湿基材在雾拦截 60 分钟内转变为接触角为零的 Wenzel 润湿。光学轮廓测量显示，条带的中心区域和边缘之间的表面粗糙度没有明显差异，这表明表面形态不太可能是增强边缘集水的一个因素。此处的研究结果表明，如果堵塞和再夹带不是重要因素，那么宽度较窄（1 毫米）的高度湿润的垂直条带结构比更宽的条带更适合用于集水。光学轮廓测量显示，条带的中心区域和边缘之间的表面粗糙度没有明显差异，这表明表面形态不太可能是增强边缘集水的一个因素。此处的研究结果表明，如果堵塞和再夹带不是重要因素，那么宽度较窄（1 毫米）的高度湿润的垂直条带结构比更宽的条带更适合用于集水。光学轮廓测量显示，条带的中心区域和边缘之间的表面粗糙度没有明显差异，这表明表面形态不太可能是增强边缘集水的一个因素。此处的研究结果表明，如果堵塞和再夹带不是重要因素，那么宽度较窄（1 毫米）的高度湿润的垂直条带结构比更宽的条带更适合用于集水。

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Fog Harvesting with Highly Wetting and Nonwetting Vertical Strips

Highly wetting and nonwetting substrates have been widely used in fogwater collection systems for enhanced water harvesting. In this work, fog harvesting substrates comprising PVC strips of different wetting properties and widths ranging from 1–5 mm were vertically aligned and spaced apart at regular intervals to give the same solid area fraction of 0.8. Evaluation of the water collection efficiencies of the tested configurations revealed that 1 mm wide superhydrophilic strips was the most efficient, achieving double the amount of water harvested compared with 2.8 mm wide strips. This finding was attributed to the low Stokes numbers of the aerosol particle distribution of the fog which tended to result in them being brought by the flow streamlines toward the air gaps between the strips. Stagnant flow regions at the edges of each strip, revealed through potential flow calculations, then caused higher liquid imbibition and impaction there for water harvesting. It was also found that the Cassie nonwetting substrates that originally exhibited contact angles of 161° transformed to Wenzel wetting with zero contact angle within 60 min of fog interception. Optical profilometry revealed no obvious difference in surface roughness between the central region and edges of the strips, indicating that surface morphology was unlikely to be a contributing factor for enhanced water collection at the edges. The findings here indicated that highly wetting vertical strip architectures with narrow widths (1 mm) were favorable over wider strips for water harvesting provided that clogging and re-entrainment were not significant factors.

更新日期：2022-02-09

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