隨著全球?qū)︿嚨汝P(guān)鍵礦產(chǎn)資源需求的持續(xù)增長，傳統(tǒng)太陽能蒸發(fā)池因蒸發(fā)速率慢、占地面積大、化學(xué)藥劑依賴性強(qiáng)等問題，難以滿足可持續(xù)發(fā)展要求。界面太陽能蒸發(fā)技術(shù)(ISE)通過將光熱轉(zhuǎn)換過程集中于液?氣界面，可大幅提升蒸發(fā)效率，并有望整合至現(xiàn)有蒸發(fā)池系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)高效蒸發(fā)、礦物選擇性富集與淡水回收的協(xié)同。本文從礦物回收的角度系統(tǒng)綜述了適用于高鹽鹵水的耐鹽蒸發(fā)器設(shè)計(jì)策略（鹽回流增強(qiáng)、Janus 結(jié)構(gòu)、定向結(jié)晶與非接觸式配置），并探討了其在提升礦物采收率、降低化學(xué)消耗與水損失方面的潛力。然而，其從實(shí)驗(yàn)室邁向工業(yè)應(yīng)用仍面臨材料穩(wěn)定性、長期耐用性、技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等關(guān)鍵挑戰(zhàn)。本文旨在為ISE技術(shù)驅(qū)動下的可持續(xù)礦物回收未來發(fā)展勾勒清晰的路線圖。相關(guān)工作以Interfacial solar evaporation transforms brine mineral recovery.為題發(fā)表在Science Advances期刊。

本文綜述了界面太陽能蒸發(fā)技術(shù)(ISE)變革鹵水礦物回收的路徑。面對傳統(tǒng)蒸發(fā)工藝中速率慢、占地廣、依賴化學(xué)藥劑等問題（圖1），ISE憑借其界面局域加熱特性展現(xiàn)出高效潛力。為攻克高鹽環(huán)境下鹽結(jié)晶導(dǎo)致ISE設(shè)備性能衰減的難題，本文總結(jié)梳理了鹽回流增強(qiáng)、Janus結(jié)構(gòu)、定向結(jié)晶及非接觸式配置等蒸發(fā)策略（圖2）。通過將這些蒸發(fā)器集成到現(xiàn)有鹽田中，可協(xié)同實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)加速、目標(biāo)礦物的選擇性分離以及淡水回收（圖3）。最后文章分析并展望了集成ISE的提鹵技術(shù)在未來的應(yīng)用前景，指出ISE實(shí)際應(yīng)用仍需克服耐鹽裝置的可靠性、選擇性結(jié)晶的調(diào)控機(jī)制、水回收效率的策略與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等關(guān)鍵挑戰(zhàn)（圖4），為構(gòu)建下一代可持續(xù)鹵水采礦模式指明了交叉研究的方向。

圖1全球鹵水分布和基于太陽蒸發(fā)的礦物回收。(A)主要鹵水資源的全球分布，突出其地理分布、鹽沼規(guī)模和主要產(chǎn)品的特點(diǎn)。(B)蒸發(fā)濃縮過程的示意圖。(C)演示在鹵水濃縮期間逐步收集礦物的過程。(D)初始礦物分離后的最終產(chǎn)品精煉圖示。(E)描述將原鹽水轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)品的代表性蒸發(fā)采礦工作流程。其中LCD指液晶顯示器。

圖1：XXXXXXX

圖2.耐鹽太陽能蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)策略。(A)加強(qiáng)鹽回流以防止鹽積聚的示意圖。(B)為避免鹽水絕緣而設(shè)計(jì)的Janus結(jié)構(gòu)圖。(C)通過具體的建筑設(shè)計(jì)展示定向鹽結(jié)晶。(D)非接觸式設(shè)計(jì)，避免鹽垢。(E)帶溶液傳輸橋的三維蒸發(fā)器設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)高效的鹽回流。(F)蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)依賴于流體流動優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)高效的鹽回流和熱管理。(G)以睡蓮為靈感的Janus蒸發(fā)器，設(shè)計(jì)用于除鹽和熱限制。(H)垂直的Janus結(jié)構(gòu)，通過將光熱層和鹵水傳輸層放置在相對的兩側(cè)來避免鹽積聚。(I)杯狀太陽能蒸發(fā)器，在杯壁外循環(huán)放置鹽。(J)抗鹽蒸發(fā)器，設(shè)計(jì)用于自動收集鹽，鹽在邊緣結(jié)晶。(K)錐形蒸發(fā)器，在頂端有局部結(jié)晶。(L)傘形非接觸式蒸發(fā)器，專為高鹽度鹽水設(shè)計(jì)。

圖3.將ISE與鹽池運(yùn)行相結(jié)合的方法。(A)鹵水開采過程示意圖，突出了蒸發(fā)緩慢、大量使用化學(xué)品和大量失水等挑戰(zhàn)。(B)說明ISE技術(shù)可通過高效的陽光捕捉、環(huán)境熱利用、對流氣流利用、熱管理和耐鹽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來增強(qiáng)蒸發(fā)。(C)蒸發(fā)池的蒸發(fā)率比較、蒸發(fā)池蒸發(fā)量的理論極限(1太陽以下)，以及利用環(huán)境熱量和對流氣流的串式蒸發(fā)器(在1.5m S?1風(fēng)速下)(39)。小時(shí)。(D)演示可在空間上分離礦物并提高蒸發(fā)率的串式蒸發(fā)器。(E)太陽能驅(qū)動裝置，用于通過選擇性膜進(jìn)行定向礦物提取。(F)演示通過選擇性吸附捕獲目標(biāo)礦物。(G)通過蒸汽冷凝收集淡水的太陽能蒸餾器示意圖。(H)展示通過潛熱回收加強(qiáng)淡水生產(chǎn)的多級結(jié)構(gòu)。(I)使用透明冷凝器、反向結(jié)構(gòu)和多級結(jié)構(gòu)回收水蒸氣的典型太陽能蒸餾器的太陽能對水的效率比較。

圖4.集成ISE技術(shù)的未來鹵水池運(yùn)行。(A)將ISE納入蒸發(fā)池的設(shè)想，以加速蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)直接礦物采集，并促進(jìn)選擇性礦物提取和淡水采集。(B)展示對重量平衡敏感的自旋式蒸發(fā)器。(C)通過部署蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)溫度梯度增強(qiáng)的分級降水示意圖。(D)具有生物靈感的表面，具有可改變的潤濕性，以增強(qiáng)冷凝液收集。(E)在長時(shí)間的太陽曝曬期間，成分淋失的示范。(F)推進(jìn)鹵水開采獨(dú)立選擇環(huán)境的限制、解決辦法、機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

小結(jié)：本文為界面太陽能蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用于鹵水礦物回收領(lǐng)域提供了系統(tǒng)性路線圖。文章不僅對耐鹽蒸發(fā)器（如Janus結(jié)構(gòu)、定向結(jié)晶）做了綜述，還構(gòu)建了從材料設(shè)計(jì)到系統(tǒng)集成的完整框架，論證了該技術(shù)通過加速蒸發(fā)、選擇性分離與淡水回收協(xié)同優(yōu)化傳統(tǒng)工藝的潛力，并且分析討論了ISE在復(fù)雜鹵水環(huán)境的材料適應(yīng)性、多目標(biāo)協(xié)同的系統(tǒng)工程挑戰(zhàn)及潛在的長期生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，為領(lǐng)域發(fā)展提供了清晰的路線指南。

論文信息：Yang K, Yang M, Chen H, et al. Interfacial solar evaporation transforms brine mineral recovery[J]. Science Advances, 2025, 11(38): eadx3242. https://doi.org/10.1126/sciadv.adx3242

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