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聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)的最新報(bào)告為世界供水描繪了一幅慘淡的畫(huà)面：在地球上的 78 億人中，大約有 40 億人每年至少有一個(gè)月無(wú)法獲得足夠清潔的水。中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所的研究人員表示，雖然已經(jīng)提出了幾種凈水方案，但它們總是在某個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)失敗——通常，它們對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)不夠穩(wěn)定、不夠大或不夠耐用。中國(guó)的廈門(mén)大學(xué)可能已經(jīng)解決了這個(gè)問(wèn)題。

在 3 月 22 日的Nano Research中，研究人員報(bào)告了一個(gè)新平臺(tái)的詳細(xì)信息，該平臺(tái)使用陽(yáng)光凈化海水，與其他類(lèi)似方法相比具有更高的能源效率（超過(guò) 90%），同時(shí)還避免了常見(jiàn)的陷阱。

我們提出了一種有機(jī)凝膠-水凝膠復(fù)合策略，用于優(yōu)化太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)器在實(shí)際油污染水凈化中的綜合性能。超穩(wěn)定的漂浮性、抗油污性、加速汽化過(guò)程、長(zhǎng)期耐鹽性和可擴(kuò)展性集于一個(gè)平臺(tái)。圖片來(lái)源：納米研究（2022 年）。DOI: 10.1007/s12274-022-4118-8

“家庭以及工業(yè)、農(nóng)業(yè)和其他應(yīng)用對(duì)淡水的需求巨大，因此開(kāi)發(fā)了各種凈水技術(shù)來(lái)緩解淡水資源的短缺，”論文作者、廈門(mén)大學(xué)材料學(xué)院的王淼：“比較這些途徑，太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的通過(guò)界面蒸發(fā)凈化海水或受污染的水有望成為一種低成本的系統(tǒng)?！?/span>

這種凈化方法利用陽(yáng)光加熱其表面的水，使液體蒸發(fā)并將受污染或含鹽的對(duì)應(yīng)物與水分子分離，然后以蒸汽的形式逸出到空氣中，進(jìn)入自然冷凝循環(huán)，變成干凈的、可消耗的水。論文作者、廈門(mén)大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院和物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的徐厚認(rèn)為，問(wèn)題在于，將這種方法推廣到實(shí)際應(yīng)用的嘗試受到了石油污染、不穩(wěn)定性、鹽分的阻礙。結(jié)晶和復(fù)雜的制造過(guò)程。

“為了在相同的陽(yáng)光下產(chǎn)生更多的純凈水，我們?nèi)绾潍@得更多的能量來(lái)局部加熱水以提高蒸發(fā)率 - 而不會(huì)遇到其他方法的缺點(diǎn)？” 侯說(shuō)：“我們回答了這個(gè)問(wèn)題，并設(shè)計(jì)了一個(gè)超穩(wěn)定、耐鹽分的蒸發(fā)器平臺(tái)，可以保持加速蒸發(fā)，同時(shí)還能繼續(xù)排斥油以防止污染。”

研究人員將兩種凝膠混合在水包油乳液中。這種稱(chēng)為有機(jī)水凝膠的凝膠材料可以在物質(zhì)相之間轉(zhuǎn)移，但主要是包含在分子鏈網(wǎng)中的液體。通過(guò)在有機(jī)水凝膠中加入碳納米管，研究人員創(chuàng)造了“熱點(diǎn)”，可以將太陽(yáng)光局部聚焦到水面，防止整個(gè)區(qū)域的熱量散失。該材料的支化結(jié)構(gòu)還有助于阻止能量耗散并有助于分子轉(zhuǎn)移以防止鹽結(jié)晶。

有機(jī)水凝膠具有低密度，因此當(dāng)浸入水面以下時(shí)，它可以再次自浮以承受蒸發(fā)過(guò)程。升高的水圍繞蒸發(fā)器，產(chǎn)生橫向毛細(xì)排斥效應(yīng)，其中油分子從被加熱的水中剝離，就像水銀從溫度計(jì)的玻璃上剝離一樣。

在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，該平臺(tái)每小時(shí)每平方米蒸發(fā)約 2.4 公斤水，并且可以持續(xù) 240 小時(shí)而無(wú)需額外處理——即使在“嚴(yán)重的油污染”條件下，論文作者、中國(guó)科學(xué)院 (CAS) 的王樹(shù)濤說(shuō)) 物理與化學(xué)技術(shù)研究所仿生材料與界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

“我們開(kāi)發(fā)了一種具有顯著太陽(yáng)能利用的防油污加熱平臺(tái)，即使在嚴(yán)重污染的水中也顯示出實(shí)用的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)水凈化的巨大潛力，”王說(shuō)：“我們希望這種經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的方法能夠有助于進(jìn)一步緩解全球淡水資源短缺的問(wèn)題。”