文獻獎勵丨南昌大學：張燕婷、王振興等人憑借使用我們MC鎂瑞臣的產品，發表了最新光催化研究成果！
發表期刊：Advanced Functional Materials
文章題目：Surface Engineering of 3D Solar Evaporator for Uncompromising Water Evaporation and Salt Production Toward High Concentration Brine
第一作者：張燕婷
通訊作者：王振興
發表單位：南昌大學
實驗方向：界面光熱水蒸發
影響因子：18.5
太陽能驅動的界面蒸發技術因其獨特優勢而受到廣泛關注，尤其是在處理高鹽度鹽水方面。大多數研究集中在如何提高水蒸發率的同時抑制蒸發器上的鹽積累。然而，在蒸發過程中生成/回收鹽同樣重要，因為鹽也具有很高的價值。但如何在保持高水蒸發率的同時實現高產鹽率仍然是一個巨大挑戰，因為高效水蒸發和鹽積累在大多數情況下是相互沖突的。本文通過對3D蒸發器的表面工程改造，實現了高蒸發率和高產鹽率：1) 在3D蒸發器周圍構建具有不同潤濕性的環繞式Janus結構；2) 通過在特殊表面上引入膠帶增強鹽結晶。得益于這種獨特的表面工程設計，針對高鹽度鹽水（20wt%）的水蒸發率可達約2.8 kg m?² h?¹，而產鹽率可高達約0.1 kg m?² h?¹。此外，即使蒸發器以不同角度照射，其高性能也能保持良好。特別地，作為概念驗證，還展示了3D蒸發器在Li?/Na?分離方面的潛力。
隨著人口增長、社會現代化以及氣候變化導致的極端干旱天氣頻發，獲取淡水資源成為人類社會可持續發展的最大挑戰之一。由于地球上海水儲量極為豐富，海水淡化技術受到了研究人員的廣泛關注。然而，傳統的海水淡化技術（如多級蒸餾、多級閃蒸、電滲析和反滲透）往往能耗高且依賴不可再生能源。此外，這些技術在處理高濃度鹽水（>10wt%）時效率較低。以反滲透技術為例，隨著鹽水濃度的逐漸增加，其滲透壓也會逐漸升高，導致反滲透過程中需要更高的操作壓力，從而一方面大幅增加能耗，另一方面顯著降低分離效率。因此，開發一種能夠高效處理高濃度鹽水而不損失不可再生能源的新型海水淡化技術至關重要。
論文第一作者為：張燕婷
論文通訊作者為：王振興
本文使用設備
2.1 光熱材料及蒸發器的表征：
本文首先通過金屬-酚醛網絡（MPN）對海綿進行改性，并組裝成3D太陽能蒸發器。改性后的海綿保持了超親水性，并轉變為黑色，有利于水分運輸和光熱轉換。進一步通過十八烷基三甲氧基硅烷（OTS）處理獲得超疏水海綿，同時保持黑色。基于這些海綿，制備了具有不同高度的環繞式Janus 3D蒸發器。實驗結果表明，蒸發器的水蒸發率和蒸發效率隨著高度和水含量的增加而增加，但過高的水含量會不利于蒸發。因此，通過權衡蒸發面積和水含量的影響，選擇了最優的蒸發器高度（2.5cm）和海綿@MPN-OTS數量（10個）。
2.2 膠帶對水蒸發和鹽結晶性能的影響：
為了快速收集鹽的同時保持高水蒸發率，本文設計了四種具有不同膠帶結構的蒸發器（Evap-1至Evap-4），并研究了它們對20wt% NaCl溶液的水蒸發和鹽結晶性能。實驗結果表明，膠帶的引入顯著增加了鹽結晶區域，從而提高了產鹽率。同時，膠帶面積與蒸發器和產鹽率均成正比。得益于蒸發器的獨特設計，Evap-2展現出了最高的蒸發率和產鹽率。
2.3 針對濃縮海水的長期穩定性和戶外性能：
對Evap-2進行了為期7天的連續蒸發性能測試，結果表明其水蒸發率保持穩定。此外，即使在不同入射角下照射，Evap-2仍能保持良好的蒸發率和產鹽率。戶外海水淡化實驗進一步驗證了蒸發器的實際應用潛力。處理后的海水鹽度降低了約四個數量級，滿足世界衛生組織（WHO）和美國環境保護署（EPA）的飲用水標準。
2.4 概念驗證：蒸發過程中的Li?/Na?分離：
作為概念驗證，本文初步探討了Evap-2在Li?/Na?分離方面的潛力。實驗結果表明，通過調整膠帶上的線數，可以實現NaCl和LiCl的分離。隨著線數的增加，收集的鹽中Li?/Na?比例逐漸降低，表明鹽的純度得到提高。
本文通過對3D蒸發器的表面工程改造，實現了高效水蒸發和高產鹽率。得益于獨特的環繞式Janus結構和膠帶引入，蒸發器在處理高鹽度鹽水時表現出了優異的性能。此外，作為概念驗證，還展示了蒸發器在Li?/Na?分離方面的潛力。這一研究將增強界面加熱太陽能海水淡化技術的應用潛力，并為解決全球水資源和能源問題做出貢獻。
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