【仪表网 研发快讯】清洁水是人类生存和社会发展的重要资源。随着近几十年人口增长、城市化和工业化的快速发展，缓慢的自然水再生过程已无法满足日益增长的清洁水资源需求。然而，97%以上的天然水资源是海水和苦咸水，由于盐度高，无法直接利用。因此，迫切需要高效、大规模的海水淡化技术。在传统的海水淡化技术中，以多级闪蒸和多效蒸馏为代表的热海水淡化能耗较高(例如，每立方米淡水消耗10—15 kWh的电力)，而以反渗透为代表的膜海水淡化能耗可降低至5 kWh m−3 ，但面临膜污染问题，需要定期维护和更换，增加了处理成本。同时，这些技术对化石燃料和电力的依赖加剧了当前的全球能源?；Ｒ虼?，开发低能耗和可再生的水净化生产方法至关重要。基于此，太阳能驱动界面蒸发(SIE)技术是太阳能热能利用的方法，因其高效的光热转换效率、环境友好、成本低、作简单等特点，已成为海水淡化和废水净化的研究热点。光热材料是SIE技术的核心，目前的材料包括聚合物、碳基材料、半导体和等离子体金属。然而，由这些材料制成的蒸发器通常达到低于 1.47 kg m−2 h−1的理论蒸发速率在1个太阳照射下。此外，废水通常盐度很高，由于供水不足和蒸汽产生快速，蒸发器可能会在其表面和输水通道内出现盐结晶。这些盐晶体不可避免地会增加光反射率并阻塞水的传输通道，导致蒸发速率降低和蒸发器寿命缩短。此外，SIE对阳光的依赖性很强，在阴天或冬季等低光照强度和温度条件下，其性能会显著下降甚至停止，限制了其大规模应用。
 

　　针对此挑战性问题，中国科学院新疆理化技术研究所科研团队通过将PDA、CNTs和PPY依次加载到玄武岩织物上，构建了具有优异光热性能PPY-CNTs-PDA@BF蒸发器，采用SSM 304电热层，用于全天候高效苦咸水淡化。在模拟阳光(1 sun)和实验室1.5 V下，实际苦咸水蒸发速率可达4.43 kg m−2h−1；在真实阳光和室外1.5V下，蒸发速率可达6.37 kg m−2h−1.此外，由于设计精良的多层结构，具有Janus亲水梯度分布，蒸发器表现出优异的耐盐性和长期稳定性，将白天蒸发速率保持在2.17 kg m−2h−1以上，在没有任何干预的情况下连续运行 120 小时。纯净水符合世界卫生组织制定的饮用水标准，离子浓度和化学需氧量显著降低。这项研究为高效和可持续的微咸水净化提供了一种有前途的方法，为缺水地区提供了潜在的应用。
 

　　相关研究成果近期发表在国际期刊Separation and Purification Technology上，新疆理化所是第一完成单位，硕士研究生何溁林和陈卓为共同第一作者，阿卜杜克热木·喀迪尔研究员和马鹏程研究员为共同通讯作者。该研究得到了新疆维吾尔自治区自然科学基金、国家外国青年人才计划项目(科技部外国专家服务司)、中国科学院“西部之光”项目等项目的资助。
 

图1.PPY-CNTs-PDA@BF光电热界面蒸发系统的实际应用方案示意图。
 

　　图2. PPY-CNTs-PDA@BF室外蒸发性能(A：室外太阳能界面蒸发装置示意图; B：白天太阳辐照度和环境温度; C：PPY-CNTs-PDA@BF在一天中不同时间的蒸发速率)。