王 亮

（南京科技职业学院 化学与材料工程学院，江苏南京 210048）

1 碳基类

1.1 碳纳米管

Gan Qimao团队将碳浆液沉积在无尘纸上，直接包裹在圆柱形聚氨酯海绵上，在室温干燥后，制成基于碳纳米管的悬浮太阳能蒸发器。由于碳纳米管表面层的高吸光度，聚氨酯海绵层的高效热隔离，以及无尘纸的快速水输送通道，模拟太阳的光照强度为2kW/m2时真实海水蒸发量为1.58kg/ （m2·h），能够有效地降低了海水蒸发出的淡水中有机和无机污染物的浓度，工作超过30d依然性能稳定，具有良好的耐久性。Song Xiangju团队采用非溶诱导相反法制备了多孔光热复合膜，该超滤膜主要由多壁碳纳米管和聚砜组成，该膜通过可持续太阳能有效地加热原料饲料溶液，有利于溶液黏度降低和膜孔径膨胀，从而促进了在低压情况下水在膜上的过滤，在模拟太阳的光照强度为1kW/m-2时，操作压力为0.10MPa时，可达到314L/（m2·h）高过滤流量，它将预热低温原料溶液和超滤过程集成一个单元，有效地简化了操作过程，极大降低操作压力和能耗，该膜分离系统具有很好的应用前景。 Wang Yuchao团队采用真空过滤操作将碳纳米管混合溶液加到过滤膜的大孔硅基底的上表面，制备成顶部自浮疏水碳纳米管膜和底部亲水性多孔硅基底组成的双层材料，顶部碳纳米管作为光热成分，将几乎整个入射光收集并转化为热，底层大孔硅基底除了吸水、机械支撑、热屏障的作用外，还有助于形成碳纳米管顶层的粗糙表面结构，有利于光吸收，实现了82%的太阳能蒸发效率，光照强度为1kW/m2时，水蒸发量为1.32kg/（m2·h），该双层材料在海水和污水的蒸发净化方面也表现出良好的性能。Zhu Liangliang团队报道了一种三维有机泡沫海绵，该海绵由碳纳米管/纤维素纳米晶体纳米复合材料在聚二甲基硅氧烷海绵上的溶液涂层制备，称为PCC海绵，它具有良好的化学和物理特性，即宽带光吸收、隔热、变形和耐久性的能力，还具有良好的内部结构和弹性大孔开口，是吸水的理想支架。纳米复合材料有助于高效的太阳能蒸汽产生，实现了87.4%的太阳能蒸发效率，光照强度为1kW·m-2时，水蒸发量1.35kg/（m2·h）。此外，利用PCC海绵的可压缩性，可以适应任何任意形状的介质或环境，从而节省空间，提高利用效率。

1.2 炭黑

Liu Yiming团队采用传统的浸涂工艺制备了超疏水性黑纱布，干燥的脱脂棉纱布浸入含有炭黑纳米颗粒和固化剂二甲基硅氧烷的涂层溶液中，干燥固化后制备的柔性黑色超疏水性纱布应用于实验。它可漂浮在水面，有高拒水性和低水黏合力，具有自清洗能力，在淡水和海水的太阳能蒸发方面表现出良好的性能。Xu Weichao团队证明了一个由连续电纺丝制备的柔性Janus吸收器可以实现稳定和高效的太阳能淡化，利用Janus的独特结构，将太阳能吸收和水抽吸两种不同的功能层耦合在一起，上面层是疏水碳黑纳米颗粒涂覆聚甲基丙烯酸甲基层用于光吸收，下面层是的亲水性聚丙烯腈层用于抽吸，海水中的盐只能沉积在聚丙烯腈层中，并可以通过抽水而迅速溶解，防止盐沉积阻碍蒸发。Janus吸收器在光照强度为1kW/m2下，可一直稳定维持太阳能蒸发效率为72%和水蒸发量为1.3kg/（m2·h）超过16d，具有良好的耐久性。

1.3 石墨烯

Zhang Panpan团队开发了防冻剂乙醇辅助冷冻技术用于大量制备长距离垂直排列的石墨烯片，乙醇常被用作防冻剂来降低冰点，这对冰生长的结晶行为有显著的影响，冷冻铸造时可精确控制从下到上的冻结方向，从而导致与冰轴平行的石墨烯形成垂直排列的内部三维微结构，形成了方便水运输的贯通通道，具有高光吸收能力，并在严苛条件下具有优异的稳定性。在光照强度为1kW/m2下，水蒸发量1.62kg/（m2·h），海水、浓缩酸液、浓缩碱液、Cr3+、Pb2+、Zn2+等不同重金属离子的模拟废水的太阳能蒸发水处理方面都表现出良好的性能。Fu Yang团队用马卡纳法氧化片状石墨粉制备了氧化石墨烯，通过冻干分散、滚压机滚压后制成氧化石墨烯气凝胶膜，该膜可自漂浮，长时间稳定维持太阳能蒸发效率，对废液杀菌处理和海水淡化具有较好的前景。Yang Yang团队使用自制的氧化石墨烯经过加压、冻干、高温煅烧等处理，获得三维交联蜂窝式石墨烯材料。石墨烯本身固有的宽范围强吸收的效应与蜂窝多层堆叠形态引起的累积效应相结合，确保了整个阳光波长范围内的高效和广泛吸收，该石墨烯泡沫材料可伸缩变形，而且不需要任何其他支持组件，在光照强度为1kW/m2下，水蒸发量高达2.6kg/（m2·h），可从海水、甲基橙或二甲基蓝污水中蒸发处理获得饮用水。

Xiuqiang Li 团队使用自制的氧化石墨烯溶液沉积到多孔混合纤维素膜上，通过真空过滤形成氧化石墨烯膜，并包裹在聚苯乙烯泡沫的表面。该膜是一种独特的二维水道可控制热损失，聚苯乙烯泡沫可以让水能通过毛细管力升到上表面石墨烯膜，光照强度为1kW/m2下，太阳能蒸发效率为80%。这种可折叠便携式的氧化石墨烯薄膜，作为高效有效的太阳能海水脱盐装置，对发展中国家和偏远地区特别有利。

2 生物类

2008年，由于全球变暖和海洋环境污染，在我国海洋领域，浒苔灾害俗称为绿潮现象频繁发生，这种现象改变了海洋生态系统，对沿海水产养殖、渔业和旅游业造成极大的损害。Yang Lin团队通过四种不同的加工工艺热解处理浒苔，制备了4种以生物炭为基础的太阳能吸收器，浒苔原料在许多沿海地区有大量存在并且容易获得，浒苔生物炭具备亲水性、分层多孔和纳米微管结构，在400～2 500nm的宽波长范围内的高吸收率。光照强度为1kW/m2下，水蒸发量1.1～1.3kg/（m2·h），光热转换效率80%～84%，有害海洋植物浒苔回收利用，变害为宝，而且经济环保，特别适用于供水基础设施有限的偏远地区。Kuang Yudi团队利用天然椴木块切割、钻孔、快速炭化，在钻孔木材的表面形成太阳吸收层。在毫米级的钻孔通道为低盐浓度通道和微米级天然木材通道为高盐浓度，两种通道之间形成盐浓度梯度，使得两通道之间自发进行盐交换，钻孔通道作为拒盐途径，可以快速与本体溶液交换盐。光照强度为1kW/m2下，质量分数3.6%氯化钠溶液的水蒸发量1.46kg·m-2·h-1，在更高浓度盐溶液也表现出高效率和长期稳定性，该装置的原材料成本低可再生，制造过程简单，为海水淡化提供了一个很有前途的方法。Xu Ning团队将简单处理后的食用干香菇整个进行炭化，炭化香菇被放置在穿孔的聚苯乙烯中漂浮在水面上。光照强度为1kW/m-2下，水蒸发量1.475kg/（m2·h），炭化后香菇表面粗糙度增加，有利于光吸收，炭化香菇下面的纤维茎可以通过毛细管力将水源吸入香菇上面的伞部，伞部多孔结构和纤维结构提供了理想的蒸发水通道，蘑菇本身的几何形状可以大大减小热损失。这些发现不仅揭示了蘑菇作为太阳能蒸汽产生的低成本材料的隐藏天赋，而且也为高性能太阳能热转换设备的未来发展提供了启发。Zhang Chaofan团队通过原位化学气相沉积方法，制备了由碳纳米纤维装饰的碳化丝瓜络组成的复合材料，组成自浮的太阳能蒸汽产生装置，上层为碳纳米丝瓜络复合材料，中层为亲水棉垫作为水输送层，下层为以疏水性乙烯乙酸乙烯酯泡沫作为载体，此装置表现出优异的光吸收能力和光热转换能力，由于光热转换和独特的二维水通道的协同功能，在1kW/m2太阳照射下，实现了高水蒸发率1.72kg/（m2·h）和光热转换效率92.5%。还验证了装置在模拟污水和染料溶液净化、海水淡化中的应用，海水淡化和模拟污水蒸发出来的纯净水离子浓度远低于饮用水标准中规定的浓度。收集的染料溶液的纯化水为无色透明，此外装置在回收和长期使用方面显示出稳定的性能。

3 金属类

Xu Ying团队设计了一种具有氧化铜纳米线网的多功能光热材料，纳米线网具有吸水、输送水以及高光吸收能力，铜离子在蒸发过程中可持续释放杀菌，可以抑制细菌在原水中和物质表面生成，光照强度为1kW/m2照射下，光热转换效率最大可达到93%，几次循环使用后产水率仍然为1.42kg/（m2·h）。氧化铜纳米线在原水中的污染物降解方面起到很大作用，还有明显的抗菌作用，因此，该材料在太阳能蒸馏的纯水生产中具有很大的应用潜力。Xu Ning团队受睡莲层次结构启发制造一种装置，顶部太阳能吸收器是纳米结构铜泡沫，底部的支架是由隔热聚苯乙烯泡沫钻通孔。为了增强铜泡沫对太阳的吸收，通过化学蚀刻转化铜泡沫表面成刀状的纳米结构，表面再涂上一层氧化铝，并用碳黑纳米颗粒装饰保护表面，铜泡沫含有微米大小的孔，用于蒸汽逃逸，在顶部疏水吸收器和底部支架之间形成一个薄水层，被吸收的太阳能将集中在这一薄水层，所以薄水层是太阳蒸发的关键，这种装置可以在高盐度的卤水或废水中实现高效、稳定的太阳蒸发，而且没有表面盐积累，直到得到水和溶质的完全分离，具有很好的运用前景。

4 结束语

碳基类、生物质类、金属类光热蒸发器具有各自优势，随着界面太阳能蒸气的技术逐渐成熟，必将成为海水淡化和水处理方向的关键领域。