文献分享420：一种具有马兰戈尼诱导超抗盐性的双仿生蒸发器，可实现持久的太阳能海水淡化

本期分享发表在Chemical Engineering Journal杂志上题目为“A dual-biomimetic evaporator with Marangoni-induced ultra-salt-resistance for long-durable solar desalination”的研究文章。

Part 1 文章简介

太阳能驱动的界面蒸发是一种高效环保的净水生产方法，已被广泛研究。然而，由于严重的盐积累，其在高浓度盐水（盐度≥20wt%）中的应用仍然受到限制。受角蜥皮鳞和植物维管系统界面流体动力学的启发，我们开发了一种具有优异耐盐性的3D打印双仿生太阳能蒸发器。该蒸发器集成了仿生微槽和分级微通道，以应对关键的盐管理挑战。仿生蜥蜴皮微槽产生自持马兰戈尼效应，驱动定向离子迁移，从而抑制盐结晶。同时，仿生植物根系微通道能够快速补水并实现反向离子回流，在25wt% NaCl盐水中保持稳定的蒸发。值得注意的是，该蒸发器蒸发速率高达1.65kgm-2h-1（蒸发效率高达96.1%），并在高盐度盐水中持续10小时维持1.18kgm-2h-1的产量。户外测试进一步验证了其实际可行性，在5天循环中实现了高达3.73Lm-2h-1的淡水产量，且无盐垢。这一耐盐设计突破使其能够在极端盐度环境下可靠运行，推动可扩展的太阳能海水淡化技术的发展。

‍ Part 2 主要图表

图1是双仿生蒸发器。（a）仿生蒸发器示意图，其灵感来源于角蜥皮肤和树根血管，具有高效蒸发、输水和抗盐能力。（b）结构层示意图。（c）蒸发器表面沟槽微结构。（d）蒸发表面和（e）碳纳米管的SEM图像。（f）双仿生蒸发器的太阳能吸收性能。蒸发表面经氧等离子体处理前后的接触角（g）和（h）。

图2是双仿生蒸发器的蒸发性能。（a）不同表面微结构对多次光反射的影响。不同（b）表面微结构、（d）间距、（f）微通道直径的太阳能蒸发器在太阳能蒸发过程中的质量变化。不同（c）表面微结构、（e）间距、（g）微通道直径的太阳能蒸发器的蒸发速率。（h）不同太阳能强度下太阳能蒸发器的质量变化。（i）不同太阳能强度下太阳能蒸发器的蒸发速率和蒸发效率。（j）不同光照强度下蒸发表面30分钟内的温度变化。

图3是双仿生太阳能蒸发器耐盐性能实验测试。 （a）Marangoni流和盐离子传输路径图。 （b）使用亚甲蓝作为示踪剂观察Marangoni流。 （c）有和没有微槽的耐盐性。 （d）我们的仿生太阳能蒸发器在不同盐水下工作的蒸发速率和蒸发效率。 （e）不同太阳强度和盐度下的耐盐能力。 （f）在纯水和盐水中蒸发10个循环。

图4是太阳能蒸发过程的有限元模拟。（a）有限元模拟计算的温度场。（b）双仿生蒸发器。（c）温度场。（d）顶部微槽内表面Marangoni流和仿生微通道内流动的流体速度场切片图。（e）太阳能蒸发过程中的盐浓缩过程。

图5是室外长效蒸发-凝结试验。（a）蒸发-凝结系统。（b）试验过程中温度、太阳能密度和相关湿度的变化。（c）试验过程中的蒸发速率和暗蒸发速率。（d）室外试验过程中产水速率和冷凝水体积的变化。（f）第1天、第3天和第5天的蒸发器表面照片。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.164531

引用：Wang, Zhaolong, et al. "A dual-biomimetic evaporator with Marangoni-induced ultra-salt-resistance for long-durable solar desalination." Chemical Engineering Journal (2025).

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