蒸发材料0507丨青岛大学SPT论文：基于面条小麦蛋白泡沫制备的具有垂直通道和分级孔结构的高效太阳能界面蒸发器

2026年，国际期刊《Chemical Engineering Journal》发表了青岛大学王彬、许超、刘浩、史含笑、史海玲、葛瑞浩、刘奎、王怡璇、权凤玉、田星团队合作完成的题为“High-efficiency solar interface evaporator with vertical channels and hierarchical pores structure prepared from noodle wheat protein foam”的研究论文。本文提出一种基于面条小麦蛋白泡沫的高效太阳能界面蒸发策略，通过去淀粉处理、硼酸盐交联及表面碳化，成功构建了具有长程垂直通道和分级孔结构的生物基蒸发器（CB-NWPF）。核心叙事并非单一材料性能优化，而是围绕“结构—机制—性能”主线，将小麦蛋白固有的亲水性、去淀粉后形成的多孔网络、硼酸盐交联增强的结构稳定性与抗菌性、碳化表面形成的光热层、以及系统在高效蒸发、耐盐性、抗生物污染与长期稳定性方面的协同统一到一个可量化、可调控、可拓展的太阳能蒸发体系中，并系统阐释了其在纯水（蒸发速率3.62 kg·m⁻²·h⁻¹）、高盐卤水（20 wt%盐水下仍达2.44 kg·m⁻²·h⁻¹）、重金属离子及有机染料废水净化、抗菌性能（抑菌率>99.9%）及10次以上循环运行稳定性方面的综合优势。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.175021

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解决全球淡水短缺问题需要可持续的海水淡化技术。太阳能驱动的界面蒸发是能源密集型传统方法的一种有前景的替代方案。本研究报道了一种由面条小麦蛋白泡沫制备的高性能、生物基太阳能蒸发器（CB-NWPF）。通过去淀粉、硼酸盐交联和表面碳化处理，该蒸发器具有长程垂直通道和分级孔结构。这种独特的结构协同促进了快速的毛细水传输和高效的盐回流。在模拟太阳光（1 kW·m⁻²）照射下，CB-NWPF蒸发器实现了3.62±0.04  kg⋅m−2⋅h−1的高蒸发速率和95.6±1.1%的优异能量效率。该蒸发器具有显著的长时稳定性、出色的耐盐性和抗菌性能。本研究为利用生物质资源开发高性能太阳能蒸发器提供了一种新策略。

全球淡水资源仅占全球水循环的约2.5%，其中可供人类直接使用的不足1%，而海水则约占96.5%。随着人口增长和气候变化导致的干旱加剧，开发低成本、低碳的海水淡化技术已成为解决淡水短缺问题的关键。传统的海水淡化方法（如反渗透、多级闪蒸和多效蒸馏）普遍存在能耗高、设备损耗大、基础设施要求严格等问题，且多依赖化石燃料，加剧了环境负担。近年来，太阳能驱动的界面蒸发技术因其不依赖化石燃料、显著降低能耗和碳排放、结构简单、适合分布式淡水生产等优势，成为一种极具前景的高效、可持续淡水生产方式。在界面蒸发系统中，气凝胶和泡沫因其高比表面积、低密度和极低热导率成为理想基底材料，尤其是具有三维多孔网络的亲水性聚合物，可通过毛细作用高效输运水分子，同时亲水基团通过氢键形成“中间水”以降低蒸发焓。然而，生物质材料在实际应用中仍面临两大挑战：一是缺乏抗菌性能，易滋生微生物导致通道堵塞和二次污染；二是耐盐性普遍较差，限制了在高盐环境下的稳定运行。因此，开发兼具高效光热转换、快速水传输、优异耐盐性和抗菌性能的生物质基太阳能蒸发器具有重要意义。

• 利用面条小麦蛋白制备了一种高效的太阳能界面蒸发器。

• 在模拟太阳光（1 kW·m⁻²）照射下，实现了3.62 kg·m⁻²·h⁻¹的高蒸发速率和95.6%的能量效率。

• 通过快速水传输和盐回流机制，实现了优异的耐盐防垢性能。

• 硼酸盐交联增强了结构稳定性，并提供了超过99.9%的强效抗菌能力。

图1.CB-NWPF的准备工作。

图2.a)从小麦面条到CB-NWPF的过程。b)FTIR光谱。c)CDG的扫描电子显微镜。d)CB-NWPF横截面的扫描电子显微镜。e，f)CB-NWPF纵向截面的扫描电子显微镜。g)CB-NWPF的EDS元映射。

图3.a)DG、b)B-NWPF、c)B-NWPF和d)DG水传输性能的接触角。

图4.a)UV-NIR光谱。b-NWPF和CB-NWPF在一个太阳下的温度变化。c)单日照下纯水、CDG和CB-NWPF的质量变化曲线。d)CB-NWPF在纯水中的10次蒸发循环。e)不同太阳辐照度下CB-NWPF的蒸发率。f)DSC。g)蒸发率和太阳能到蒸汽的转换效率。h)纯水和i)CB-NWPF的拉曼光谱。j)水的状态示意图。

图5.a)CB-NWPF在不同浓度的氯化钠溶液中的蒸发速率。b)CB-NWPF在3.5wt%的氯化钠溶液中蒸发10次。c)Na+浓度的变化。d)CB-NWPF和e)CDG在20wt%氯化钠溶液中的蒸发速率。f)CB-NWPF在生理盐水中循环后的扫描电子显微镜。g)盐回流能力。h)CB-NWPF的盐回流示意图。

图6。a)蒸发装置。b)主要离子浓度。c)重金属离子浓度。d)MO，e)MB的UV-Vis光谱。f)pH值。g)CB-NWPF的抗菌效果。h)室外温度、湿度和日照强度。i)相应的蒸发速率和质量变化。

总之，我们成功地从面条小麦蛋白泡沫中开发出一种高效太阳能蒸发器（CB-NWPF）。该蒸发器的设计利用了小麦蛋白固有的亲水性以及分级孔和垂直通道结构。在模拟太阳光（1 kW·m⁻²）照射下，它实现了3.62±0.04 kg⋅m−2⋅h−1的优异蒸发速率和95.6±1.1%的能量效率。关键结果表明，CB-NWPF 具有优异的光热转换能力、高效的水传输能力，并且由于中间水的形成，显著降低了水的蒸发焓。此外，该蒸发器具有出色的耐盐性，在20wt% NaCl 盐水中仍保持2.44  kg⋅m−2⋅h−1的高蒸发速率，并在3.5 wt%盐水中经过10个循环仍保持稳定性能。硼酸盐的引入不仅增强了结构稳定性，还赋予了强大的抗菌性能。全面的实际评估，包括海水淡化、复杂废水净化和户外实验，明确验证了该蒸发器的鲁棒性和广泛适用性。因此，本研究为制造可持续的、生物基太阳能蒸发器提供了一条可行且创新的途径。

Wang, B., Xu, C., Liu, H., Shi, H., Shi, H., Ge, R., Liu, K., Wang, Y., Quan, F., Tian, X. High-efficiency solar interface evaporator with vertical channels and hierarchical pores structure prepared from noodle wheat protein foam. Chemical Engineering Journal, 2026, 526, 175021. https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.175021.

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资料整理：雷幸悦（阳光净水）

编辑：环境与能源功能材料

雷幸悦（阳光净水课题组）

【资料整理】雷幸悦：资源与环境硕士研究生。

阳光净水课题组：主要研究方向为生物质基环境功能材料、太阳能蒸发材料、磁性吸附材料、污染物吸附和环境催化反应机理。课题组主页：

https://www.x-mol.com/groups/zhuhuayue

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壳聚糖丨纤维素丨MOF材料丨石墨烯丨碳纳米管丨MXenes丨硫化钼丨催化材料丨蒸发材料丨吸附材料丨电极材料丨除磷材料丨产氢材料

2025年9月，国际TOP期刊《International Journal of Biological Macromolecules》发表了阳光净水课题组题为“Multifunctional and sustainable chitosan-based interfacial materials for effective water evaporation, desalination, and wastewater purification: A review”的综述性论文。根据Web of Science检索，这是国际上首篇全面论述多功能和可持续壳聚糖基界面蒸发材料在废水处理和水净化中应用的综述性论文。本文总结了壳聚糖基太阳能界面蒸发器（CS-SIE）四种类型（水凝胶、气凝胶、海绵和膜）、五种改性材料和在水污染控制中应用。最后，总结了CS-SIEs在际应用中仍面临挑战。《International Journal of Biological Macromolecules》主要聚焦于天然大分子的化学改性及其在生物、环境、制药、食品等领域的工业应用，最新中科院分区：8.50/二区TOP期刊。

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2024年06月08日，国际期刊《International Journal of Biological Macromolecules》发表了阳光净水课题组题为“Sustainable chitosan-based materials as heterogeneous catalyst for application in wastewater treatment and water purification: An up-to-date review”综述论文。根据Web of Science检索，这是国际上首篇全面论述壳聚糖基异相催化剂在废水处理和水净化中应用的综述性论文。本综述概述了金属氧化物/壳聚糖基复合材料（MOs@CSbMs）、金属硫化物/壳聚糖基复合材料（MSs@CSbMs）、铋基半导体/壳聚糖基复合材料（BibSCs@CSbMs）、金属有机框架/壳聚糖基复合材料（MOFs@CSbMs）和纳米零价金属/壳聚糖基复合材料（NZVMs@CSbMs）等5种Cat@CSbMs材料的制备策略及作为助催化剂、光催化剂、类芬顿试剂在处理各类废水中的应用进展。该综述不仅加深了对环境功能材料与环境污染控制作用的理解，也为未来Cat@CSbM在污染物吸附和富集、光催化氧化降解污染物和还原金属离子等相关领域的研究提供了参考和启示。该论文自2024年6月发表以来，现已被引用53次（Web of Science），国际引用占比73%，2025年5月起入选ESI高被引论文。

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2024年 12 月 24 日，国际期刊《 Separation and Purification Technology 》发表了 阳光净水课题组 题为 “ Intriguing and boosting molybdenum sulfide (MoS2)-based materials for decontamination and purification of wastewater/seawater: An upgraded review” 综述论文。本综述全面总结了近6年（2018-）MoS2基材料（MoS2bMats）提高废水处理和水净化的有效改性策略，并重点阐述了MoS2bMats在环境污染物吸附、光催化降解和还原、Fenton高级氧化、PMS/PS活化氧化、废水脱盐（膜过滤和太阳能蒸发脱盐）等方面的应用。最后，讨论并提出了 MoS 2 bMats 理论研究与应用之间存在差距、工程挑战、未来的研究方向和机遇。 该论文自 2024 年 12 月线上发表以来，现已被引用28 次（ Web of Science ）。

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2025年 06 月 ，国际TOP期刊《 International Journal of Biological Macromolecules 》发表了阳光净水课题组题为 “Sustainable chitosan-based adsorbents for phosphorus recovery and removal from wastewater: A review” 最新 综述论文。本文全面综述了用于废水中磷回收和去除的壳聚糖基吸附材料（CSMats）的性质、改性方法、影响因素。同时，总结了CSMats吸附去除水体磷的主要作用机理（氢键、静电作用、路易斯酸碱相互作用、配体/离子交换和表面沉淀作用）。此外，还归纳了CSMats的再生方法、连续流处理和在实际废水中应用。 最后，讨论了 CSMats除磷材料面临的挑战和未来发展方向。《 International Journal of Biological Macromolecules 》主要聚焦于天然大分子的化学改性及其在生物、环境、制药、食品等领域的工业应用，2025年6月最新影响因子/中科院分区： 8. 50/ TOP 期刊。该论文自 2024 年1 月线上发表以来，现已被引用16 次（Web of Science ），2026年1月入选ESI高被引论文。

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2024 年 1 月，国际期刊《 International Journal of Biological Macromolecules 》期刊发表了阳光净水课题组题为 “A review on chitosan/metal oxide nanocomposites for applications in environmental remediation“ 的综述性论文。更清洁、更安全的环境是未来最重要的要求之一。与传统材料相比，壳聚糖具有丰富的生物相容性、生物降解性、成膜能力和亲水性，是一种更环保的功能材料。由于壳聚糖分子链上丰富的 -NH2 和 -OH 基团可以有效地与各种金属离子螯合，壳聚糖基材料作为金属氧化物纳米材料（ TiO2 、 ZnO 、 SnO2 、 Fe3O4 等）的多功能支撑基质具有巨大的潜力。近年来，许多壳聚糖 / 金属氧化物纳米材料（ CS/MONM ）作为吸附剂、光催化剂、非均相类芬顿试剂和传感器，在环境修复和监测中具有潜在和实际的应用。本综述全面分析和总结了CS/MONMs复合材料的最新进展，这将为CS/MONMs复合材料的制备和废水处理应用提供丰富而有意义的信息，并有助于研究人员更好地了解CS/MONMs复合材料在环境修复与监测中的潜力。该论文自 2024 年 1 月线上发表以来，现已被引用68 次（ Web of Science ），国际引用占比65.0%。

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2024 年 2 月，国际期刊《 Separation and Purification Technology 》发表了阳光净水课题组题为 “ A review on the progress of magnetic chitosan-based materials in water purification and solid-phase extraction of contaminants” 的综述性论文。污染物检测和水净化对于实现环境保护和资源利用非常重要。构建新型功能材料去除各种污染物也变得越来越重要和紧迫。本综述总结了磁性壳聚糖（M-CSbMs）的3种可靠制备策略（原位策略、两步策略和沉积后策略），并详细介绍了M-CSbMs在有效吸附/光催化去除污染物（如重金属离子、有机染料、抗生素和其他污染物）和磁性固相萃取超低浓度污染物等方面的研究进展。最后，提出了 M-CSbMs 目前面临的挑战和前景，以期促进其在水净化和固相萃取污染物方面的实际应用。该论文自 2024 年 2 月发表以来，现已被引用 46 次（ Web of Science ）。

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