20260814将太阳能驱动的界面蒸发与过一硫酸盐活化相结合，利用BiFeO₃修饰的PVA基气凝胶实现海水淡化和四环素降解的同步进行

本期分享发表Desalination杂志上题目为Integrating solar-driven interfacial evaporation with peroxymonosulfate activation by BiFeO₃-decorated PVA-based aerogel for simultaneous seawater desalination and tetracycline degradation的研究文章。

Part 1 文章简介

太阳能驱动的界面蒸发是一种可持续的淡水生产策略。然而，如何同时去除共存的抗生素污染物仍然是一个关键挑战。本文报道了一种通过冷冻铸造法制备的稳健多功能复合气凝胶（BCPA），该气凝胶由铋铁氧体（BiFeO₃）、废弃绿茶渣衍生的生物质炭黑（CB）和聚乙烯醇（PVA）组成。优化后的BCPA-3具有分级三维（3D）多孔结构，确保了快速的水传输（渗透时间：7.0 s）和宽带太阳能吸收。因此，该蒸发器在1 kW m⁻²的辐照度下实现了3.15 kg m⁻² h⁻¹的高蒸发速率，并在3.5 wt%的盐水中保持2.6 kg m⁻² h⁻¹以上的蒸发速率，展现出优异的脱盐稳定性。所产生的冷凝水符合世界卫生组织 (WHO) 和美国环保署 (EPA) 的饮用水标准，主要离子浓度降低至可忽略不计的水平。除了脱盐之外，BCPA-3 系统在活化过一硫酸盐 (PMS) 以降解四环素方面也表现出优异的催化活性，去除率达到 65%，反应速率常数为 0.02407 min⁻¹。机理研究表明，该降解过程主要由涉及 SO₄·⁻、·OH 和 O₂·⁻ 物种的自由基途径主导。总而言之，这项工作提出了一种新型材料设计范式，将太阳能蒸汽发生与高级氧化工艺相结合，为海水淡化和抗生素废水处理提供了一种综合解决方案。

‍Part 2 主要图表

图1是BCPA蒸发器合成的示意图。

图2是（a）合成的BiFeO3的XRD图谱；（b）BiFeO3的XPS全谱；（c）BiFeO3的Fe 2p、（d）Bi 4f和（e）O 1s的高分辨率XPS谱图；（f）BiFeO3颗粒的SEM图像；（g）CB的SEM图像；（h-i）不同放大倍数下BCPA气凝胶的SEM图像。

图3是（a）CPA、BPA 和 BCPA 的紫外-可见-近红外吸收光谱；（b）蒸发机理示意图；（c）质量变化曲线与 BiFeO₃ 含量的关系；（d）不同 BCPA 样品的质量变化曲线；（e）所有样品的蒸发速率；（f）BCPA-3 在 8 小时内的循环蒸发性能；（g）BCPA-3 在 1、2 和 3 个太阳光照强度下的表面温度；（h）BCPA-3 在 1、2 和 3 个太阳光照强度下的质量变化；（i）与文献报道的蒸发器蒸发速率的比较。

图4是（a）BCPA-3 在不同浓度（3.5、10 和 20 wt%）NaCl 溶液中，1 个太阳光照强度下的质量变化；（b）BCPA-3 在不同盐度 NaCl 溶液中的相应蒸发速率曲线；（c）BCPA-3 在 10 个连续蒸发循环中的循环稳定性测试；（d）照片显示故意放置在 BCPA-3 表面的固体盐的溶解行为（60 分钟内完全溶解）；（e）BCPA-3 在高盐度盐水中连续蒸发 10 小时后的表面形貌，表明没有可见的盐分积累。

图5是基于PVA水凝胶、碳粉和铋铁氧体复合气凝胶的抗盐分积累蒸发系统的示意图。

图6是（a）室外装置的示意图和（b）照片；（c）BCPA-3 随时间变化的蒸发速率；（d）环境温度和湿度曲线；（e）收集的冷凝水体积随时间的变化；（f）脱盐前后离子浓度（Na+、K+、Ca2+、Mg2+），符合 WHO/EPA 限值。

图7是（a）BFO、CB及其与PMS组合对TC的去除；（b）CPA、BPA和BCPA-1的降解效率；（c）相应的动力学速率常数；（d）PMS用量对TC去除的影响；（e）动力学拟合和（f）不同PMS浓度下的速率常数；（g）温度依赖性降解性能；（h）五次循环稳定性；（i）使用MeOH、TBA、PBQ和Na2SO3进行的自由基清除测试。

图8是BCPA/PMS体系中TC降解的催化机理示意图。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.desal.2026.120665

引用：Lu, Mengqi, et al. "Integrating solar-driven interfacial evaporation with peroxymonosulfate activation by BiFeO₃-decorated PVA-based aerogel for simultaneous seawater desalination and tetracycline degradation." Desalination (2026): 120665.

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