基于樟脑生物质衍生材料的全天候太阳能界面蒸发器用于高效海水淡化

为解决全球淡水短缺问题，研究人员开发了一种基于樟脑烟灰(Cs)和氧等离子体处理石墨毡(oGF)的新型生物质界面太阳能蒸汽发生器(ISSG)。该装置通过协同光热和焦耳加热(Joule heating)效应，在1太阳光照和2.2 W输入功率下实现4.63 kg m?2 h?1的蒸发速率，并能连续处理3.5 wt%盐水且无盐垢积累，为全天候海水淡化提供了可持续解决方案。

　　

全球淡水资源危机正随着气候变化和人口增长日益加剧，传统反渗透技术虽广泛应用，却受制于高能耗和运行成本。界面太阳能蒸汽生成(ISSG)技术因其直接利用太阳能净化水的特性备受关注，但现有系统普遍存在夜间无法工作、盐分积累和效率不稳定三大痛点。更棘手的是，多数高性能材料要么成本高昂，要么制备工艺复杂，严重阻碍了该技术的实际应用。

韩国浦项工科大学的研究团队在《Desalination》发表创新研究，通过巧妙结合生物质衍生材料和导电基底，开发出能全天候工作的Cs-oGF蒸发器。该系统利用樟脑燃烧产生的烟灰(Cs)作为高效光热转换层，配合经氧等离子体处理的石墨毡(oGF)基底，首次实现了太阳能驱动与焦耳加热(Joule heating)的协同增强效应。令人振奋的是，该装置不仅突破了传统ISGG设备对阳光的依赖，还成功解决了盐结晶堵塞这一行业难题。

研究采用氧等离子体处理增强石墨毡表面活性，通过简单涂覆法构建Cs-oGF复合结构。关键实验包括材料表征（SEM、XPS等）、光电热性能测试（紫外-可见-近红外光谱、电阻率测量）、蒸发性能评估（模拟太阳光照下的质量变化监测）以及长期抗盐测试（3.5 wt%盐水连续运行）。

【Results and discussion】部分揭示：1）材料设计方面，多孔Cs层展现出95%的宽谱吸光率，而oGF的独特纤维结构既保证高电导率（促进焦耳加热）又维持低热导率（0.8 W m^?1 K^?1）实现热局域化；2）性能表现上，1太阳光照结合2.2 W焦耳加热时蒸发速率达4.63 kg m^?2 h^?1，纯电热模式仍有3.1 kg m^?2 h^?1；3）抗盐机制研究表明，oGF的三维孔隙结构促进盐分反向扩散，连续运行120小时未见盐结晶。

【Conclusion】部分强调：该研究通过生物质材料与导电基底的创新组合，解决了传统ISGG的三大技术瓶颈。Cs-oGF蒸发器兼具四大优势：1）原料可持续（樟脑为可再生资源）；2）制备简便（等离子体处理仅需5分钟）；3）性能卓越（蒸发率超常规系统30%）；4）运行稳定（3.5 wt%盐水长期无堵塞）。特别值得注意的是，2.2 V低电压驱动特性使其特别适合离网地区应用，为发展中国家海水淡化提供了切实可行的技术方案。

这项由Higgins M. Wilson领衔的研究，不仅证实了生物质材料在高端水处理中的应用潜力，更开创性地通过"光热-电热"双模协同机制，将界面蒸发技术推向了全天候实用化阶段。研究团队指出，下一步将重点优化系统能效比，并探索其他生物质碳源的适用性，为规模化应用奠定基础。该成果为联合国可持续发展目标中"清洁饮水和卫生设施"目标的实现提供了新的技术路径。