CEJ|基于耐盐和防油材料的太阳能驱动界面蒸发的最新进展

研究背景

太阳能驱动界面蒸发 （SDIE） 是一种通过使用光热材料 （PM） 在气/液界面处将太阳能转化为热能的技术，已成为缓解淡水资源稀缺的一种有吸引力的技术。目前，各种 PM 已应用于 SDIE 系统，如碳基材料、聚合物、半导体材料、多孔气凝胶、生物质衍生材料等。PM 作为 SDIE 系统中最重要的组成部分，增强 PM 的耐盐性和抗结垢性对于太阳能界面蒸发技术的实际应用至关重要。SDIE 系统在长期运行期间，在其整体功能方面总是面临相当大的障碍。此外，在实际环境条件下，各种水资源通常含有大量的复杂污染物，如染料和油。这些污染物在表面的存在不可避免地会对 SDIE 系统的蒸发效率产生重大影响 。当孔隙或通道被有机污染物阻塞时，太阳能海水淡化集成蒸发器 （SDIE） 中的海水淡化效果可能会受到影响 。鉴于这些关键问题，人们在设计和制造用于光热转换的 SDIE 系统方面付出了巨大的努力。此外，许多学者发表了关于太阳能驱动的界面蒸发主题的综合分析。尽管已经对太阳能驱动界面蒸发 （SDIE） 主题进行了大量综述，但专门关注具有耐盐和防油性能的光热材料 （PM） 在 SDIE 应用中的使用的综合总结相对较少。因此，本研究概述了过去五年中利用耐盐和防油的PM在太阳能蒸发器方面取得的进步（图 1）。它还探讨了如何通过集成光热转换的关键元素来共同设计光热转换材料以实现高效的蒸发性能。此外，这篇研究还对耐盐和防油的 PM 的研究进行了总结和未来展望。此研究旨在为 SDIE 的发展提供建议，为 SDIE 扩大其应用范围提供理论指导和技术支持。

相关成果以“Recent progress of solar-driven interfacial evaporation based on salt-resistant and oil-repellent materials”为题发表在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》(JCR一区，中科院一区TOP，IF=13.4)上。

图 1.用于 SDIE 的防油和耐盐光热材料 （PM） 的类型。

研究结论

光热转换材料在太阳能驱动界面蒸发 （SDIE） 中的应用在海水淡化和废水处理领域引起了相当大的兴趣。然而，在影响界面蒸发效率的众多因素中，盐分积累和油封堵已成为近年来的关键问题，因为污染水源中太阳能驱动界面蒸发过程中的盐分积累和油污染严重损害了光吸收和水传输，导致蒸发效率逐渐下降。因此，人们对开发有效的材料和系统设计策略来应对这些挑战的兴趣越来越大。

关于耐盐性和拒油功能的集成，考虑每种特性的基本机制至关重要。耐盐性往往依赖于材料防止离子吸附和后续晶体形成的能力，这可以通过 Janus 结构、对齐通道、离子排斥等来实现。另一方面，拒油性主要基于低表面能材料，这些材料最大限度地减少了非极性油分子的粘附，这主要通过表面改性来实现。为了在材料上实现这两种功能的有效集成，复合材料可以设计成一个负责耐盐性的成分，例如具有离子交换基团的聚合物，以及另一个负责防油的成分，例如氟化化合物。在界面蒸发装置设计方面，可以优化在物料基质中的分布，如构建双层蒸发器，实现耐盐和耐油的协同作用。为了响应不断变化的需求，正在开发一系列抗盐和防油的新方法，推动 SDIE 材料朝着更高的有效性、更低的成本、更广泛的用途、扩大的范围和增强的能力发展。因此，必须跟上耐盐、防油和将光转化为热的材料的最新发展。本文概述了使用耐盐和防油光热转换材料进行太阳能驱动界面蒸发的最新进展和研究。讨论了不同类别 PM 在耐盐性和拒油性方面的选择、设计和特性。PM 的耐盐途径通常包括 Janus 结构、离子排斥和交换、自清洁、重力辅助清洁、防阻塞层、浓缩和扩散。防油光热材料的制备可分为固溶浸泡、电镀、静电纺丝、逐层组装、光刻和阳极氧化等方法

研究数据

图 2.采用 Janus 结构的耐盐 SDIE 设备。

图 3.基于离子排斥和交换的耐盐光热材料 （PM）。

图 4.自清洁用于耐盐光热材料 （PM）。

图 5.重力辅助清洗耐盐光热材料 （PM）。

图 6.耐盐光热材料 （PM） 的防堵塞层。

图 7.用于制备耐盐光热材料 (PM) 的浓缩和扩散。

图 8.溶液浸渍法制备的防油光热材料。

图 9.基于导电聚合物的防油光热材料。

图 10.基于静电纺丝的防油光热材料。

图 11.逐层法 （LBL） 组装用于制备防油光热材料。

图 12.基于光刻技术的防油光热材料。

图 13.阳极氧化用于制备防油光热材料。

https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.161009

声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！