蒸发材料丨吉林化工大学王永鹏教授CEJ论文：一种通过水合调控水–离子相互作用实现太阳能海水淡化的耐盐多孔蒸发器

2026年5月，国际权威期刊《Chemical Engineering Journal》（CEJ）在线发表了题为 “A salt-resistant porous evaporator for solar desalination enabled by hydration-regulated water–ion interactions” 的研究论文。该研究由吉林化工大学王永鹏教授团队完成，第一作者为吉林化工大学硕士研究生孔令辉，通讯作者为王永鹏教授。该研究针对太阳能界面蒸发技术在实际海水淡化过程中面临的盐分积累、界面结晶以及长期运行稳定性不足等关键问题，提出了一种基于水–离子相互作用调控的新型耐盐多孔蒸发器设计策略。通过构筑活性炭/壳聚糖/聚乙烯醇（AC/CS/PVA）三维多孔泡沫结构，实现了高效太阳能吸收、快速水输运以及长期抗盐运行的协同优化。《Chemical Engineering Journal》是Elsevier旗下化学工程领域国际高水平期刊，长期关注能源、环境、催化及先进材料等方向的重要研究成果，在化学工程领域具有较高影响力。

第一作者：孔令辉（吉林化工大学）

通讯作者：王永鹏（吉林化工大学）

通讯单位：吉林化工大学

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.177595

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太阳能驱动界面蒸发技术为解决全球淡水资源短缺提供了一种绿色可持续方案。然而，蒸发界面的盐积累和晶体形成严重限制了其长期应用。本研究通过简单的发泡-交联策略构筑了一种三维壳聚糖基多孔泡沫蒸发器，并引入活性炭作为光热转换组分，实现高效太阳能吸收和连续水供应。更重要的是，本研究提出了一种“水合层调控水–离子相互作用”机制，通过稳定界面水结构抑制离子脱水过程，同时促进盐离子向主体溶液反向扩散，从而维持无盐蒸发界面。优化后的CCA-70-2蒸发器在1 sun条件下实现2.47 kg m⁻² h⁻¹的蒸发速率和91.1%的能量效率，并在高盐环境下表现出优异稳定性。该研究为构建低成本、高稳定性的太阳能海水淡化系统提供了新的设计思路。

随着全球淡水资源短缺问题不断加剧，开发绿色、高效、低成本的淡水获取技术成为实现可持续发展的重要方向。传统海水淡化技术，如反渗透和热蒸馏，通常依赖复杂设备和大量能源输入，在偏远地区和离网环境中的应用受到限制。近年来，太阳能驱动界面蒸发技术凭借其直接利用太阳能、能耗低以及环境友好等优势，成为解决水资源短缺问题的重要研究方向。然而，在长期海水淡化过程中，蒸发界面附近容易发生盐离子富集和晶体沉积，不仅阻碍水传输通道，还会导致蒸发效率下降甚至系统失效。因此，如何在保持高蒸发效率的同时，实现长期稳定的抗盐运行，仍然是太阳能海水淡化领域亟需解决的重要挑战。

1、成通过发泡-交联-冷冻干燥策略，实现了CS/PVA聚合物网络与活性炭光热材料的有效结合，形成稳定的三维多孔结构，为快速水运输提供连续通道。

2、研究发现，CS/PVA网络中的羟基（–OH）和氨基（–NH₂）能够与水分子形成稳定水合环境，调节界面水结构，降低盐离子脱水和界面富集趋势。同时，多级孔道促进盐离子的反向扩散，从而避免蒸发界面盐结晶。

3、该蒸发器不仅能够实现高效淡水生产，还能够利用蒸发过程中产生的温度梯度实现温差发电。在太阳光驱动下，CCA-70-2产生稳定热电输出，实现太阳能-热能-电能多能量转换。。

4、该体系不仅适用于海水淡化，还能够用于染料废水以及重金属污染水处理，展现出实际环境应用价值。

图1 CCA多孔蒸发器的制备过程及形成机制通过发泡-交联-冷冻干燥策略构筑活性炭/壳聚糖/聚乙烯醇（AC/CS/PVA）三维多孔泡沫蒸发器。壳聚糖与聚乙烯醇形成稳定亲水聚合物网络，活性炭均匀分散于其中，为太阳能吸收和光热转换提供功能组分。

图1 CCA系列太阳能蒸发器的制备流程及结构形成示意图。

图2 CCA蒸发器三维多孔结构及水传输性能。（a-d）不同PVA含量CCA样品的SEM图像；（e-h）CCA-70-2样品元素分布图；（i）水滴在CCA材料表面的动态渗透过程。

图3 CCA蒸发器的光热转换及蒸发性能。图（a）不同CCA样品FTIR光谱；（b）不同样品UV-vis吸收光谱；（c）CCA-70-2与CCA-70光吸收性能对比；（d）太阳能蒸发测试装置示意图；（e）1 sun条件下不同样品水质量变化；（f）表面温度变化；（g）暗态蒸发速率；（h）蒸发速率及能量效率对比。

图4 CCA-70-2多功能太阳能蒸发性能及温差发电。图（a）不同光照强度下水质量变化；（b）不同光照条件下表面温度变化；（c）不同光照强度下蒸发性能；（d）循环蒸发稳定性测试；（e）与已报道碳基聚合物蒸发器性能对比；（f）太阳能驱动温差发电装置示意图；（g-i）不同光强下热电输出电流、电压及功率密度变化。

图5 CCA-70-2高盐环境抗盐性能及作用机制：图（a）不同盐浓度条件下水质量变化；（b）不同盐浓度下蒸发速率；（c）不同盐浓度下红外热成像；（d）水合层调控水–离子相互作用抗盐机制示意图；（e）低温DSC分析；（f-g）Raman光谱分析；（h）3.5 wt% NaCl溶液中7天连续蒸发性能；（i）长期运行后蒸发器表面形貌。

图6 CCA-70-2用于复杂水环境净化图6（a）太阳能驱动蒸发–冷凝淡化装置的实物图和工作原理示意图；（b）南海实际海水淡化前后Na⁺、Mg²⁺、K⁺和Ca²⁺浓度变化，虚线分别表示世界卫生组织（WHO）和美国环境保护署（EPA）规定的饮用水安全标准；（c）含Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺和Cr³⁺模拟重金属废水净化前后的离子浓度；（d）连续7天户外测试期间的平均环境温度和相对湿度；（e）连续7天户外测试期间的平均蒸发速率及不同天气条件下的集水情况；（f–h）CCA-70-2处理模拟染料废水前后的紫外–可见吸收光谱，其中（f）罗丹明B（RhB），（g）亚甲基蓝（MB），（h）甲基橙（MO）。

本研究成功构筑了一种具有高效太阳能蒸发和长期抗盐能力的三维多孔蒸发器。通过结合：活性炭光热转换能力；CS/PVA亲水网络；发泡诱导多级孔结构；水合层调控水–离子相互作用机制；实现了高效、稳定、可持续的太阳能海水淡化。该工作为未来低成本、规模化太阳能水处理系统的发展提供了新的理论依据和技术路径。

Linghui Kong, Shuyue Feng, Yongpeng Wang, Xin Wang, Mengzhu Liu, Dazhi Sun, Yingyuan Zhang, Haoyue Wu, Yuchen Wu, Tinghui Wu, Xiao Sun, Yilong Wang, Haibo Zhang, Tao Jia, Qingling Wei. A salt-resistant porous evaporator for solar desalination enabled by hydration-regulated water–ion interactions. Chemical Engineering Journal 541 (2026) 177595, https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.177595.

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撰稿：孔令辉

编辑：环境与能源功能材料

审核：王永鹏

第一作者：孔令辉，吉林化工大学化学与制药工程学院2025级硕士研究生。邮箱:klhmail@163.com

通讯作者：王永鹏教授，硕士生导师，博士后，主要从事高分子复合材料结构设计与加工相关领域的研究。截止目前共发表SCI论文及中文核心期刊论文100余篇，总他引次数1000余次。先后主持吉林省科技厅项目等项目10余项，先后被聘为吉林省国家高新技术企业认定评审专家、《化工科技》期刊青年编委、吉林省合成橡胶工程技术科技创新中心学术委员会委员、吉林省化学会第十二届理事会理事。邮箱：wyp4889@163.com

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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