通道工程化三维分级多孔蒸发器实现高盐度脱盐的高效盐分调控

《Desalination》：Channel-engineered 3D hierarchically porous evaporators enable efficient salt mitigation for high-salinity desalination

本文报道了一种创新的通道工程化三维分级多孔蒸发器，通过整合天然优化的单一材料层级结构与垂直开放通道，实现了高盐环境下稳定的水盐调控和高效脱盐。该设计利用上下层差异化孔隙产生的压力梯度驱动动态水循环和盐分回流，并结合宏观垂直通道促进多向盐离子交换，在20 wt% NaCl高盐水中实现了1.30 kg·m?2·h?1的稳定蒸发速率和76.35%的蒸发效率，为高盐度环境下的太阳能界面蒸发（ISSG）技术提供了低成本、易制备的新设计思路。

　　

Highlight

盐耐受性三维蒸发器的分级结构设计

本研究设计了一种具有分级结构的盐耐受性蒸发器，用于实现连续稳定的太阳能脱盐，具备耐盐性和水盐调控能力。蒸发器结构源自冬瓜（WG）独特的果肉结构，其致密的薄壁细胞足以充分吸收水分。有趣的是，冬瓜果肉结构在横向生长方向上具有不均匀的孔径分布，可分为两个位置：

结论

总之，本研究通过整合天然优化的单一材料层级结构与垂直开放通道，开发了一种通道工程化的三维分级多孔蒸发器，用于调控水传输和盐分排斥以实现高盐度脱盐。该分级结构包含具有低孔隙率大孔的上层和具有高孔隙率小孔的下层，诱导了压力梯度，驱动有利的动态水循环和盐分回流。垂直通道增强了蒸发速率和盐分回流能力，因为分级孔隙和垂直通道之间具有不同的水力传导率，能够实现盐分向主体水的快速返回。优化后的工程蒸发器实现了高效的自脱盐能力，即使在20 wt%盐水中也能保持1.30 kg·m^?2·h^?1的稳定蒸发速率达6小时。总体而言，所提出的设计原则为优化高盐度环境下的脱盐过程提供了宝贵的设计原则和关键见解。

CRediT作者贡献声明

Yuheng Li： 撰写初稿，可视化，验证，研究，形式分析。 Gongxue Zhang： 可视化，监督，形式分析。 Wei Wang： 审阅编辑，监督，资源，项目管理，方法论，研究，资金获取，数据整理，概念化。 Ziyu Tian： 可视化，验证，方法论，数据整理。 Xi Huan： 审阅编辑，监督，项目管理，方法论，形式分析。