文献奖励丨南昌大学：张燕婷、王振兴等人凭借使用我们MC镁瑞臣的产品，发表了最新光催化研究成果！
发表期刊：Advanced Functional Materials
文章题目：Surface Engineering of 3D Solar Evaporator for Uncompromising Water Evaporation and Salt Production Toward High Concentration Brine
第一作者：张燕婷
通讯作者：王振兴
发表单位：南昌大学
实验方向：界面光热水蒸发
影响因子：18.5
太阳能驱动的界面蒸发技术因其独特优势而受到广泛关注，尤其是在处理高盐度盐水方面。大多数研究集中在如何提高水蒸发率的同时抑制蒸发器上的盐积累。然而，在蒸发过程中生成/回收盐同样重要，因为盐也具有很高的价值。但如何在保持高水蒸发率的同时实现高产盐率仍然是一个巨大挑战，因为高效水蒸发和盐积累在大多数情况下是相互冲突的。本文通过对3D蒸发器的表面工程改造，实现了高蒸发率和高产盐率：1) 在3D蒸发器周围构建具有不同润湿性的环绕式Janus结构；2) 通过在特殊表面上引入胶带增强盐结晶。得益于这种独特的表面工程设计，针对高盐度盐水（20wt%）的水蒸发率可达约2.8 kg m⁻² h⁻¹，而产盐率可高达约0.1 kg m⁻² h⁻¹。此外，即使蒸发器以不同角度照射，其高性能也能保持良好。特别地，作为概念验证，还展示了3D蒸发器在Li⁺/Na⁺分离方面的潜力。
随着人口增长、社会现代化以及气候变化导致的极端干旱天气频发，获取淡水资源成为人类社会可持续发展的最大挑战之一。由于地球上海水储量极为丰富，海水淡化技术受到了研究人员的广泛关注。然而，传统的海水淡化技术（如多级蒸馏、多级闪蒸、电渗析和反渗透）往往能耗高且依赖不可再生能源。此外，这些技术在处理高浓度盐水（>10wt%）时效率较低。以反渗透技术为例，随着盐水浓度的逐渐增加，其渗透压也会逐渐升高，导致反渗透过程中需要更高的操作压力，从而一方面大幅增加能耗，另一方面显著降低分离效率。因此，开发一种能够高效处理高浓度盐水而不损失不可再生能源的新型海水淡化技术至关重要。
论文第一作者为：张燕婷
论文通讯作者为：王振兴
本文使用设备
2.1 光热材料及蒸发器的表征：
本文首先通过金属-酚醛网络（MPN）对海绵进行改性，并组装成3D太阳能蒸发器。改性后的海绵保持了超亲水性，并转变为黑色，有利于水分运输和光热转换。进一步通过十八烷基三甲氧基硅烷（OTS）处理获得超疏水海绵，同时保持黑色。基于这些海绵，制备了具有不同高度的环绕式Janus 3D蒸发器。实验结果表明，蒸发器的水蒸发率和蒸发效率随着高度和水含量的增加而增加，但过高的水含量会不利于蒸发。因此，通过权衡蒸发面积和水含量的影响，选择了最优的蒸发器高度（2.5cm）和海绵@MPN-OTS数量（10个）。
2.2 胶带对水蒸发和盐结晶性能的影响：
为了快速收集盐的同时保持高水蒸发率，本文设计了四种具有不同胶带结构的蒸发器（Evap-1至Evap-4），并研究了它们对20wt% NaCl溶液的水蒸发和盐结晶性能。实验结果表明，胶带的引入显著增加了盐结晶区域，从而提高了产盐率。同时，胶带面积与蒸发器和产盐率均成正比。得益于蒸发器的独特设计，Evap-2展现出了最高的蒸发率和产盐率。
2.3 针对浓缩海水的长期稳定性和户外性能：
对Evap-2进行了为期7天的连续蒸发性能测试，结果表明其水蒸发率保持稳定。此外，即使在不同入射角下照射，Evap-2仍能保持良好的蒸发率和产盐率。户外海水淡化实验进一步验证了蒸发器的实际应用潜力。处理后的海水盐度降低了约四个数量级，满足世界卫生组织（WHO）和美国环境保护署（EPA）的饮用水标准。
2.4 概念验证：蒸发过程中的Li⁺/Na⁺分离：
作为概念验证，本文初步探讨了Evap-2在Li⁺/Na⁺分离方面的潜力。实验结果表明，通过调整胶带上的线数，可以实现NaCl和LiCl的分离。随着线数的增加，收集的盐中Li⁺/Na⁺比例逐渐降低，表明盐的纯度得到提高。
本文通过对3D蒸发器的表面工程改造，实现了高效水蒸发和高产盐率。得益于独特的环绕式Janus结构和胶带引入，蒸发器在处理高盐度盐水时表现出了优异的性能。此外，作为概念验证，还展示了蒸发器在Li⁺/Na⁺分离方面的潜力。这一研究将增强界面加热太阳能海水淡化技术的应用潜力，并为解决全球水资源和能源问题做出贡献。
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