这种海绵结构材料借助太阳热能来去除海水中的盐分

地球上的大部分水资源都是海水，由于盐分过高而无法饮用。海水淡化厂可将海水淡化处理成饮用水，然而该过程需要消耗大量能源。近日，研究人员在《ACS Energy Letters》期刊发表研究成果，其研发出一种具有长链微气囊结构的海绵结构材料，结合阳光照射与简易塑料罩，成功实现盐水资源向淡水的转化。一项户外原理验证实验成功在自然光照条件下产出可直接饮用的淡水，标志着实现低能耗可持续海水淡化技术的重大进展。

科学家并非首次研发出借助太阳能实现水质净化或海水淡化的海绵结构材料。例如，一种孔隙内嵌聚合物的丝瓜络仿生水凝胶在经过铬污染水体测试后表明，在阳光加热条件下，该材料能快速蒸发释放可收集的洁净水蒸气。然而水凝胶呈柔软液态，气凝胶则质地更硬，其固态孔隙可输送液态水或水蒸气。尽管气凝胶曾被用于海水淡化实验，但其蒸发性能受限于材料尺寸，尺寸越大增蒸发效率越差。因此，Xi Shen 及其团队致力于设计一种多孔海水淡化气凝胶，旨在实现不同尺寸下的效率稳定性。

研究人员制成了一种含有碳纳米管和纤维素纳米纤维制的浆料，通过 3D 打印技术将其逐层打印到冷冻表面上，每打印一层就等待其固化后再添加下一层。这一过程最终形成了一种海绵结构材料，其内部均匀分布着宽度约 20 微米的垂直微孔。他们取该材料的方形样本进行测试，尺寸从 0.4 英寸（1 厘米）到约 3 英寸（8 厘米）不等，测试发现大尺寸样本的水蒸发效率与小尺寸样本相同。

在户外测试中，研究人员将这种材料置于盛有海水的蒸发容器中，上方覆盖弧形透明塑料罩。阳光加热海绵结构材料顶部时，仅会将水分蒸发为水蒸气（盐分会被阻隔）。蒸气在塑料罩内壁凝结为液态水，沿罩壁汇集至边缘，最终滴入蒸发容器下方的漏斗中，以另一容器盛放。经过 6 小时自然光照，该系统最终产出约 3 汤匙的饮用水。

Shen 表示：“我们的气凝胶可实现任意尺寸下的全效能海水淡化，为生产洁净水资源提供了零能耗海水淡化的简易可扩展解决方案。”

作者向以下资助组织致谢：中国国家自然科学基金会、香港特别行政区研究资助委员会、香港特别行政区环境与自然保护基金和香港理工大学。

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