双层集成木框架气凝胶太阳能蒸发器：协同光热效应、冷蒸发面及多场景应用的突破性研究

针对淡水短缺问题，研究人员设计了一种双层集成木框架气凝胶蒸发器（IWFAE），通过碳化ZIF-67与竹纤维的协同光热效应和去木质素木材的优化水传输层，实现了3.65 kg m?2 h?1 的蒸发速率和117%的能源效率，突破了传统限制，为海水淡化及污水净化提供了高效可持续解决方案。

　　

论文解读

淡水短缺已成为全球性危机，传统海水淡化技术如蒸馏、反渗透和电渗析虽有效，但存在高能耗、高成本等问题。太阳能界面蒸发（Solar Interface Evaporation, SIE）因其绿色可持续特性成为研究热点，但如何提升蒸发效率、解决盐沉积及适应多场景需求仍是挑战。为此，陕西某高校团队在《Materials Today Energy》发表研究，设计了一种双层集成木框架气凝胶蒸发器（Integrated Wood Frame Aerogel Evaporator, IWFAE），通过创新材料与结构优化，实现了高效、稳定、多功能的太阳能驱动水净化。

研究团队采用碳化ZIF-67（C-ZIF-67）与碳化绿竹纤维（CGB）构建光热层，结合去木质素木材（SDW）作为水传输层，利用冷冻干燥技术形成双层结构。关键实验技术包括：1）化学处理去除木材中疏水性木质素和半纤维素；2）真空浸渍海藻酸钠（SA）形成水合纤维素网络；3）碳化MOF与生物质材料以增强光热吸收；4）通过暴露高度调控环境能量耦合。

研究结果

设计及结构与成分分析
IWFAE的双层结构通过冷冻干燥技术实现，上层光热层中碳化ZIF-67生成的钴纳米颗粒显著提升光热转换效率（200–2500 nm宽谱吸收），下层SDW通过去木质素和SA处理形成亲水通道，水传输能力提升3倍。

蒸发性能与环境能量耦合
在1 kW m^?2
光照下，暴露高度2 cm时，蒸发速率达3.65 kg m^?2
h^?1
，能量效率117%，突破传统理论极限。冷蒸发面通过环境能量补充实现超100%效率。

海水淡化与循环稳定性
12次循环测试中，海水蒸发速率稳定在3.60 kg m^?2
h^?1
，且盐离子与重金属（如Pb²⁺
、Cd²⁺
）去除率超99%，证实其抗盐沉积和长期稳定性。

污水净化应用
IWFAE对染料废水（如亚甲基蓝）的脱色率超95%，拓展了其在工业废水处理中的应用潜力。

结论与意义

该研究通过双层结构设计、生物质材料改性和环境能量耦合，解决了SIE系统效率低、盐沉积和适应性差的核心问题。IWFAE的高蒸发速率、循环稳定性及多污染物净化能力，为偏远地区淡水供应和工业废水处理提供了可扩展方案。Ying Zhang团队的工作不仅推动了太阳能蒸发技术的理论突破，也为生物质资源的高值化利用提供了新思路。