2025年，《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊在線發(fā)表了題為“Spatially Janus-Like Solar Evaporator with High Evaporation Rate and Enhanced Salt Processing Capacity”的研究性論文。在1小時(shí)太陽輻照下，該蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)4.18 kg m?2 h?1的蒸發(fā)速率和801 g m?2 h?1的鹽產(chǎn)率，并在八個(gè)明暗循環(huán)（20 wt.% NaCl）中保持長期穩(wěn)定性?！禔DVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊2024年影響因子為19.0，刊登旨在改善材料化學(xué)和物理性能的杰出研究成果，通過涵蓋廣泛的領(lǐng)域并提供有關(guān)材料科學(xué)各方面的突破性研究。

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太陽能驅(qū)動(dòng)的界面蒸發(fā)結(jié)合可控鹽結(jié)晶技術(shù)為實(shí)現(xiàn)零液體排放的海水淡化提供了有效途徑。然而，傳統(tǒng)Janus蒸發(fā)器常面臨高蒸發(fā)效率與可控鹽結(jié)晶之間的固有權(quán)衡。本文提出了一種具有嵌入式圓錐形蒸發(fā)核心及外圍親水供水區(qū)域的空間分布三維Janus蒸發(fā)器。通過調(diào)節(jié)PVA/CS比例，構(gòu)建了具有互連多孔通道的強(qiáng)效雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠，確保機(jī)械穩(wěn)定性和高效水分傳輸。SiO2納米顆粒的引入實(shí)現(xiàn)了空間梯度的親水-疏水界面，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)熱定位、蒸發(fā)表面水分含量降低以及由幾何限制引導(dǎo)的鹽結(jié)晶調(diào)控。實(shí)驗(yàn)與理論分析表明，圓錐形核心幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化了傳熱與傳質(zhì)的耦合，即使在高鹽度條件下也能維持穩(wěn)定蒸發(fā)和可控結(jié)晶。在1小時(shí)太陽輻照下，該蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)4.18 kg m?2 h?1的蒸發(fā)速率和801 g m?2h?1的鹽產(chǎn)率，并在八個(gè)明暗循環(huán)（20 wt.% NaCl）中保持長期穩(wěn)定性。本研究提出了一種空間工程化策略，用于整合高效蒸發(fā)與定向鹽分收集，為可持續(xù)零液體排放的海水淡化及鹵水管理提供了新見解。

太陽能驅(qū)動(dòng)的界面蒸發(fā)技術(shù)被視為緩解全球水資源短缺問題的有效策略，特別是在“雙碳”戰(zhàn)略（碳達(dá)峰和碳中和）框架下，該技術(shù)因其高太陽能到蒸汽轉(zhuǎn)換效率和低運(yùn)行成本而成為可持續(xù)的水凈化和脫鹽替代方案。近年來，界面蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)取得了顯著進(jìn)展，包括提高光熱轉(zhuǎn)換效率、優(yōu)化水傳輸路徑、調(diào)控水分子狀態(tài)和集成多種能源。然而，在實(shí)際部署中，蒸發(fā)器表面鹽結(jié)晶問題仍然是一個(gè)持久挑戰(zhàn)，尤其是在處理高鹽度廢水時(shí)更為嚴(yán)重。鹽結(jié)晶不僅會(huì)降低蒸發(fā)器的光吸收和水傳輸性能，還可能對環(huán)境造成污染。因此，開發(fā)具有強(qiáng)抗鹽性和結(jié)晶管理能力的蒸發(fā)器對于實(shí)現(xiàn)零液體排放（ZLD）和可持續(xù)鹽水管理至關(guān)重要。當(dāng)前緩解鹽積累的策略主要分為“無鹽”和“鹽分離”兩類?！盁o鹽”策略通過設(shè)計(jì)大孔結(jié)構(gòu)、Janus架構(gòu)等方法防止鹽直接在表面結(jié)晶，但并不能完全消除鹽排放?！胞}分離”策略則通過完全分離溶質(zhì)和水來實(shí)現(xiàn)ZLD，但現(xiàn)有研究多集中于簡單基材，水親和性有限，導(dǎo)致蒸發(fā)率較低。水凝膠材料因其優(yōu)異的親水性、豐富的多孔結(jié)構(gòu)和強(qiáng)機(jī)械性能，在界面蒸發(fā)研究中受到廣泛關(guān)注。然而，使用水凝膠材料進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶面臨結(jié)構(gòu)降解和鹽積累等挑戰(zhàn)，影響后續(xù)的光吸收和蒸發(fā)性能。Janus結(jié)構(gòu)通過調(diào)節(jié)水和鹽的傳輸，實(shí)現(xiàn)了高蒸發(fā)率和抗鹽性的協(xié)同平衡，在太陽能界面蒸發(fā)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)主要關(guān)注增強(qiáng)蒸發(fā)和抑制鹽結(jié)晶，允許溶解的鹽離子返回給水，限制了完全的水鹽分離。工業(yè)脫鹽操作中常見的高鹽度廢水需要進(jìn)一步處理以防止環(huán)境污染，這對蒸發(fā)器的鹽處理能力和長期穩(wěn)定性提出了更高要求。因此，開發(fā)能夠在高鹽度條件下保持高效蒸發(fā)和穩(wěn)定運(yùn)行的蒸發(fā)器具有重要意義。

提出了空間分布的3D Janus蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器具有嵌入式錐形蒸發(fā)核心和外圍親水性供水區(qū)域。這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)結(jié)合了內(nèi)部疏水蒸發(fā)區(qū)和外部親水水凝膠基質(zhì)，形成了空間分布的潤濕性配置。錐形核心設(shè)計(jì)優(yōu)化了熱質(zhì)傳遞耦合，即使在高溫高鹽度條件下也能保持穩(wěn)定的蒸發(fā)和可控的結(jié)晶。

引入SiO2納米顆粒，實(shí)現(xiàn)了空間梯度親水-疏水界面，增強(qiáng)了熱定位，減少了蒸發(fā)表面的水含量，并調(diào)節(jié)了鹽的結(jié)晶。

1.不同核心結(jié)構(gòu)的太陽能界面蒸發(fā)器示意圖及其對應(yīng)的鹽分管理機(jī)制。a)無芯蒸發(fā)器。b)圓柱形芯蒸發(fā)器。c)錐形芯蒸發(fā)器。

2. a)蒸發(fā)器制備過程的示意圖，以錐形核心蒸發(fā)器為例。bc) CS1/PVA0.8-AC水凝膠垂直和水平界面的SEM圖像。不同水凝膠的孔隙分布。e)五種不同水凝膠中孔徑從0-100 μm的百分比分布分析。f)水供應(yīng)區(qū)域（CS1/PVA0.8-AC）和蒸發(fā)核心區(qū)域（CS1/PVA0.8-AC-SiO2）的蒸發(fā)器飽和含水量。

3. a) AM 1.5 G太陽光譜疊加了無AC和有AC的水凝膠的UV-vis- NIR吸收曲線。b)有無疏水二氧化硅的水凝膠在干燥和水飽和狀態(tài)下的熱導(dǎo)率測量。c) CS1/PVA0.8-AC（無芯）、CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓柱形）和CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓錐形）在1太陽（1 kW m?2）輻照下的表面溫度演變。d) CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓錐形）的三維溫度場，以及CS1/PVA0.8-AC（無芯）、CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓柱形）和CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓錐形）在1太陽輻照下的截面溫度分布。e) CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓錐形）在1太陽輻照下0–15分鐘的紅外熱像圖。

4. a) CS/PVAy-AC-SiO2（圓錐形）蒸發(fā)器在1小時(shí)太陽光照下的純水蒸發(fā)速率。b) CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓錐形）蒸發(fā)器在黑暗條件下及不同光照面積下1小時(shí)太陽光照下的蒸發(fā)速率。c) CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓錐形）與過去十年報(bào)道的鹽結(jié)晶蒸發(fā)器在處理不同濃度鹽水時(shí)1小時(shí)太陽光照下的蒸發(fā)速率對比。水的三種狀態(tài)及水分子在水凝膠中的分布示意圖，包括BWFWIWe) CS1/PVA0.8-AC-SiO2中水分子O─H伸縮帶的高斯反卷積。f)從五種不同比例水凝膠的拉曼光譜中提取的IW/FW比值。g)純水及相應(yīng)水凝膠蒸發(fā)器的DSC熱流溫度曲線。h)每個(gè)系統(tǒng)的蒸發(fā)焓由熱流溫度曲線計(jì)算得出。i) 1小時(shí)太陽光照下純水及水凝膠的蒸發(fā)速率及相應(yīng)的蒸發(fā)效率。

圖5. a) CS1/PVA0.8-AC（無芯）、CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓柱形）和CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓錐形）蒸發(fā)器在連續(xù)1小時(shí)太陽輻射下24小時(shí)的蒸發(fā)速率。b) CS1/PVA0.8-AC（無芯）、CS1/PVA0.8-AC（圓柱形）和CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓錐形）水凝膠的二維氯化鈉濃度分布的數(shù)值模擬。c) CS1/PVA0.8-AC（無芯）、CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓柱形）和CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓錐形）蒸發(fā)器在1小時(shí)太陽輻射下連續(xù)蒸發(fā)24小時(shí)后的光學(xué)圖像。d) CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓錐形）在交替8小時(shí)光照（1小時(shí)太陽）和8小時(shí)黑暗周期下的循環(huán)性能，顯示在八個(gè)周期內(nèi)蒸發(fā)速率穩(wěn)定。e) CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓錐形）的平均鹽收獲率（801g.m-2.h-1）與文獻(xiàn)中報(bào)道的先進(jìn)蒸發(fā)器進(jìn)行對比。

圖6. a)戶外太陽能凈水系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)結(jié)合了CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓錐形）蒸發(fā)器和傾斜冷凝器。b)戶外運(yùn)行時(shí)CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓錐形）蒸發(fā)-結(jié)晶裝置的照片。c) CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓錐形）的蒸發(fā)速率，累計(jì)產(chǎn)水量，以及記錄的戶外條件（太陽輻射、環(huán)境溫度和相對濕度）。d，e)模擬含Mo和RhB的染料廢水在蒸發(fā)前及太陽能蒸發(fā)后收集的冷凝水的紫外-可見光譜。f)進(jìn)料人工海水和冷凝水中的K+、Ca+、Na+和Mg2+濃度，表明凈化水符合世界衛(wèi)生組織飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

總之，我們開發(fā)了一種空間分布的3D Janus水凝膠蒸發(fā)器，該裝置集成了中央疏水蒸發(fā)核心和外圍親水供水區(qū)，實(shí)現(xiàn)了水鹽同步分離與回收。在錐形核心中引入低密度疏水二氧化硅納米顆粒，不僅降低了表面潤濕性并增強(qiáng)了熱定位，還實(shí)現(xiàn)了空間梯度的水分分布以高效產(chǎn)生蒸汽。同時(shí)，親水外圍確保了持續(xù)的水分補(bǔ)充和鹽向外運(yùn)輸，有效防止了蒸發(fā)界面處的鹽積累。這種協(xié)同結(jié)構(gòu)從而在熱管理、水分輸送和鹽結(jié)晶之間建立了動(dòng)態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)了高蒸發(fā)效率和定向邊緣鹽收集。在1小時(shí)陽光照射下，優(yōu)化后的CS1/PVA0.8-AC-SiO2（圓錐形）蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)了4.18 kg m?2 h?1的蒸發(fā)速率和801 g m?2 h?1的鹽產(chǎn)率，并在20 wt.%鹽水中多次循環(huán)中保持了優(yōu)異的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)觀察和理論模擬均證實(shí)了錐形蒸發(fā)核心在調(diào)控耦合熱質(zhì)傳遞和引導(dǎo)鹽結(jié)晶中的關(guān)鍵作用。本研究為構(gòu)建多功能水凝膠基蒸發(fā)器提供了通用設(shè)計(jì)策略，為可持續(xù)太陽能脫鹽、ZLD 操作和高鹽度鹵水管理提供了新見解。

Xinye Liu, Jinmin Zhao, Jing Fang, Zhensheng Yang, Xingjiang Wu, Hao Li, Janus macroporous polyelectrolyte hydrogels towords excellent solar desalination, Chemical Engineering Journal, 504, 2025, 159009, 1385-8947, https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.159009.

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資料整理：徐澤恩（陽光凈水）

編輯：環(huán)境與能源功能材料

徐澤恩（陽光凈水課題組）

【資料整理】徐澤恩：資源與環(huán)境碩士研究生，研究方向?yàn)楹Ｋ?廢水蒸發(fā)處理，發(fā)表中科院TOPSCI期刊論文2篇，參與浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目1項(xiàng)，獲一等學(xué)業(yè)獎(jiǎng)學(xué)金1次。

殼聚糖丨纖維素丨MOF材料丨石墨烯丨碳納米管丨MXenes丨硫化鉬丨催化材料丨蒸發(fā)材料丨吸附材料丨電極材料丨除磷材料丨產(chǎn)氫材料

2025年9月，國際TOP期刊《International Journal of Biological Macromolecules》發(fā)表了陽光凈水課題組題為“Multifunctional and sustainable chitosan-based interfacial materials for effective water evaporation, desalination, and wastewater purification: A review”的綜述性論文。根據(jù)Web of Science檢索，這是國際上首篇全面論述多功能和可持續(xù)殼聚糖基界面蒸發(fā)材料在廢水處理和水凈化中應(yīng)用的綜述性論文。本文總結(jié)了殼聚糖基太陽能界面蒸發(fā)器（CS-SIE）四種類型（水凝膠、氣凝膠、海綿和膜）、五種改性材料和在水污染控制中應(yīng)用。最后，總結(jié)了CS-SIEs在際應(yīng)用中仍面臨挑戰(zhàn)?！禝nternational Journal of Biological Macromolecules》主要聚焦于天然大分子的化學(xué)改性及其在生物、環(huán)境、制藥、食品等領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用，最新中科院分區(qū)：8.50/二區(qū)TOP期刊。

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2024年06月08日，國際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》發(fā)表了陽光凈水課題組題為“Sustainable chitosan-based materials as heterogeneous catalyst for application in wastewater treatment and water purification: An up-to-date review”綜述論文。根據(jù)Web of Science檢索，這是國際上首篇全面論述殼聚糖基異相催化劑在廢水處理和水凈化中應(yīng)用的綜述性論文。本綜述概述了金屬氧化物/殼聚糖基復(fù)合材料（MOs@CSbMs）、金屬硫化物/殼聚糖基復(fù)合材料（MSs@CSbMs）、鉍基半導(dǎo)體/殼聚糖基復(fù)合材料（BibSCs@CSbMs）、金屬有機(jī)框架/殼聚糖基復(fù)合材料（MOFs@CSbMs）和納米零價(jià)金屬/殼聚糖基復(fù)合材料（NZVMs@CSbMs）等5種Cat@CSbMs材料的制備策略及作為助催化劑、光催化劑、類芬頓試劑在處理各類廢水中的應(yīng)用進(jìn)展。該綜述不僅加深了對環(huán)境功能材料與環(huán)境污染控制作用的理解，也為未來Cat@CSbM在污染物吸附和富集、光催化氧化降解污染物和還原金屬離子等相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了參考和啟示。該論文自2024年6月發(fā)表以來，現(xiàn)已被引用42次（Web of Science），2025年5月入選ESI高被引論文。其中被國外學(xué)者引用25次，國際引用占比60%。

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2024年 12 月 24 日，國際期刊《 Separation and Purification Technology 》發(fā)表了 陽光凈水課題組 題為 “ Intriguing and boosting molybdenum sulfide (MoS2)-based materials for decontamination and purification of wastewater/seawater: An upgraded review” 綜述論文。本綜述全面總結(jié)了近6年（2018-）MoS2基材料（MoS2bMats）提高廢水處理和水凈化的有效改性策略，并重點(diǎn)闡述了MoS2bMats在環(huán)境污染物吸附、光催化降解和還原、Fenton高級氧化、PMS/PS活化氧化、廢水脫鹽（膜過濾和太陽能蒸發(fā)脫鹽）等方面的應(yīng)用。最后，討論并提出了 MoS 2 bMats 理論研究與應(yīng)用之間存在差距、工程挑戰(zhàn)、未來的研究方向和機(jī)遇。 該論文自 2024 年 12 月線上發(fā)表以來，現(xiàn)已被引用 18 次（ Web of Science ），國際引用占比55.5%。

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2025年 06 月 ，國際期刊《 International Journal of Biological Macromolecules 》發(fā)表了陽光凈水課題組題為 “Sustainable chitosan-based adsorbents for phosphorus recovery and removal from wastewater: A review” 最新 綜述論文。本文全面綜述了用于廢水中磷回收和去除的殼聚糖基吸附材料（CSMats）的性質(zhì)、改性方法、影響因素。同時(shí)，總結(jié)了CSMats吸附去除水體磷的主要作用機(jī)理（氫鍵、靜電作用、路易斯酸堿相互作用、配體/離子交換和表面沉淀作用）。此外，還歸納了CSMats的再生方法、連續(xù)流處理和在實(shí)際廢水中應(yīng)用。 最后，討論了 CSMats除磷材料面臨的挑戰(zhàn)和未來發(fā)展方向。《 International Journal of Biological Macromolecules 》主要聚焦于天然大分子的化學(xué)改性及其在生物、環(huán)境、制藥、食品等領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用，2025年6月最新影響因子/中科院分區(qū)： 8. 50/ TOP 期刊。該論文自 2024 年1 月線上發(fā)表以來，現(xiàn)已被引用8 次（Web of Science ），國際引用占比75%。

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2024 年 1 月，國際期刊《 International Journal of Biological Macromolecules 》期刊發(fā)表了陽光凈水課題組題為 “A review on chitosan/metal oxide nanocomposites for applications in environmental remediation“ 的綜述性論文。更清潔、更安全的環(huán)境是未來最重要的要求之一。與傳統(tǒng)材料相比，殼聚糖具有豐富的生物相容性、生物降解性、成膜能力和親水性，是一種更環(huán)保的功能材料。由于殼聚糖分子鏈上豐富的 -NH2 和 -OH 基團(tuán)可以有效地與各種金屬離子螯合，殼聚糖基材料作為金屬氧化物納米材料（ TiO2 、 ZnO 、 SnO2 、 Fe3O4 等）的多功能支撐基質(zhì)具有巨大的潛力。近年來，許多殼聚糖 / 金屬氧化物納米材料（ CS/MONM ）作為吸附劑、光催化劑、非均相類芬頓試劑和傳感器，在環(huán)境修復(fù)和監(jiān)測中具有潛在和實(shí)際的應(yīng)用。本綜述全面分析和總結(jié)了CS/MONMs復(fù)合材料的最新進(jìn)展，這將為CS/MONMs復(fù)合材料的制備和廢水處理應(yīng)用提供豐富而有意義的信息，并有助于研究人員更好地了解CS/MONMs復(fù)合材料在環(huán)境修復(fù)與監(jiān)測中的潛力。該論文自 2024 年 1 月線上發(fā)表以來，現(xiàn)已被引用51 次（ Web of Science ），國際引用占比51.0%。

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2024 年 2 月，國際期刊《 Separation and Purification Technology 》發(fā)表了陽光凈水課題組題為 “ A review on the progress of magnetic chitosan-based materials in water purification and solid-phase extraction of contaminants” 的綜述性論文。污染物檢測和水凈化對于實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和資源利用非常重要。構(gòu)建新型功能材料去除各種污染物也變得越來越重要和緊迫。本綜述總結(jié)了磁性殼聚糖（M-CSbMs）的3種可靠制備策略（原位策略、兩步策略和沉積后策略），并詳細(xì)介紹了M-CSbMs在有效吸附/光催化去除污染物（如重金屬離子、有機(jī)染料、抗生素和其他污染物）和磁性固相萃取超低濃度污染物等方面的研究進(jìn)展。最后，提出了 M-CSbMs 目前面臨的挑戰(zhàn)和前景，以期促進(jìn)其在水凈化和固相萃取污染物方面的實(shí)際應(yīng)用。該論文自 2024 年 2 月發(fā)表以來，現(xiàn)已被引用 41 次（ Web of Science ）。

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