DeepTech深科技5月10日讯：作为支撑人类生存与发展的基石，淡水资源的重要性不言而喻。然而，随着社会的快速发展，居民生活及工农业用水需求急剧增加。

同时，水污染与水资源浪费问题日益严重，淡水短缺已成为 21 世纪全球共同面临的重大挑战。

太阳能驱动界面蒸发技术（SIE, solar-driven interfacial evaporation），凭借其高效利用太阳能生产淡水的特性，被视为缓解淡水短缺最有前景的技术之一。

此外，太阳能蒸发器在处理浓盐废水方面具有独特优势，其蒸发过程仅产生盐晶体这一副产品，从而实现了零液体排放。

但是，盐分在蒸发器的积累会阻碍光的吸收，并影响蒸汽逸散，最终导致蒸发器的蒸发性能下降甚至失效。

此前为了缓解这一问题，一些研究者提出“盐循环”策略。即为溶液设计一条循环回流通路，让盐离子回流到盐水中，从而防止盐在蒸发表面结晶，借此实现连续、稳定的蒸发。

然而，这一方法会导致溶液盐度上升，盐结晶问题也依旧不可避免。

另一种解决方案是“盐析”策略。即针对结构加以调控，让盐优先在非蒸发区域实现定向结晶，从而降低盐结晶对于蒸发性能的影响，借此实现盐和淡水的同时收集。

不过，“盐析”策略在实际应用中仍面临一些严峻的挑战。

首先，一维盐水输运限制了吸收能力，显著降低了整体蒸发速率。

其次，盐结晶策略需要定期去除盐晶体，盐晶体由于附着力强，很难从蒸发器表面自动脱落。如果沉积的盐不及时去除，必然会降低蒸发性能。

此外，许多高效的太阳能蒸发器需要危险或耗时的制备过程，比如高压、低真空或高温热处理等。

因此，通过简单的制备工艺，开发一种耐用的太阳能蒸发器，实现长期、高效、稳定的水蒸发和盐收集，以用于零液体排放脱盐是一项尚未实现的科学目标。

基于以上挑战，山东第一医科大学李晨蔚教授及其团队，制备了一种三维梯度石墨烯螺旋气凝胶蒸发器，该蒸发器能够实现高效太阳能蒸发高浓度盐水，达到零液体排放的效果。

据了解，该团队侧重于通过调控盐的定向结晶，以实现高效太阳能海水淡化。

图 基于三维梯度石墨烯气凝胶的连续脱盐-灌溉系统（来源：Advanced Science）

总的来说，该团队设计出一种三维梯度石墨烯螺旋气凝胶，并将其用于高效太阳能蒸发和定向盐结晶，最终实现了零液体排放脱盐。

其中，采用常压干燥和太阳能还原过程，不仅简化了制备过程、降低了成本，也为大规模制备奠定了基础。

与常见的一维供水体系不同，这种设计实现了三维供水。三维供水方式显著提高了蒸发性能，克服了一维供水体系供水量不足的限制。

三维螺旋凹形结构的设计不仅能够提高能量回收效率，并有效从环境中收集能量，进一步增强了蒸发性能。

此外，梯度网络结构能够实现盐水径向输送，促进盐的定向结晶。这一机制不仅提高了蒸发速率，还增强了盐收集效率，为零液体排放脱盐提供了有力支持。

研究人员表示：“本次研究不仅为太阳能脱盐提供了一种独特而有效的解决方案，还为下一代太阳能海水淡化装置设计提供了重要的科学依据。”

目前，尽管太阳能界面蒸发器在淡水获取的产业化仍处于探索阶段，但他们对该技术的发展前景充满信心。

此外，太阳能界面蒸发技术凭借其高效率、低成本以及绿色环保的特性，在医疗废水消毒、灭菌以及污水处理等多个领域展现出了巨大的应用潜力。

最终，相关论文以《梯度石墨烯螺旋气凝胶用于高效太阳蒸发和定向盐结晶的零液体排放脱盐》（Gradient Graphene Spiral Sponges for Efficient Solar Evaporation and Zero Liquid Discharge Desalination with Directional Salt Crystallization）为题发在 Advanced Science[1]。

后续，课题组一方面将深入探究太阳能蒸发器，在高盐度废水零液体排放脱盐中的应用；另一方面则将开发太阳能蒸发器系统，以实现医疗废水的高效处理和利用。（本刊有删节）详情见DeepTech深科技官网