垂直孔道抗菌壳聚糖气凝胶协同PPy@GO实现高效太阳能海水淡化

为解决全球淡水短缺问题，研究人员开发了基于壳聚糖气凝胶的PPy@GO-CG太阳能蒸发器，通过单向冷冻技术构建垂直孔道结构，实现3.79 kg·m?2·h?1的蒸发速率和96.16%的光热转换效率，兼具长效抗盐性和抗菌性能，为可持续海水淡化提供新策略。

　　

全球气候变化与人口增长加剧了淡水危机，海水淡化成为关键解决方案。然而，传统技术如反渗透(RO)和热蒸馏(TD)存在高能耗、复杂设备及环境负担等问题。太阳能驱动蒸发技术因其绿色可持续特性备受关注，但核心挑战在于如何提升光热材料效率并优化蒸发器结构设计。

针对这一难题，上海某研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表研究，创新性地将壳聚糖(CS)气凝胶与聚吡咯(PPy)和石墨烯氧化物(GO)复合，通过单向冷冻技术构建具有垂直孔道的PPy@GO-CG气凝胶蒸发器。该设计不仅解决了传统木质/海绵基蒸发器的热损耗和盐沉积问题，还通过PPy与GO的协同效应显著提升光热性能。实验表明，该蒸发器在1 kW·m^?2光照下实现3.79 kg·m^?2·h^?1的蒸发速率，效率达96.16%，并在60小时连续测试中展现卓越的抗盐性和抗菌功能，为偏远地区淡水供应提供了高效低成本的解决方案。

研究采用三项关键技术：1）单向冷冻-冻干法制备垂直孔道气凝胶基底；2）原位聚合负载PPy增强光热转换；3）GO与CS的Schiff碱交联提升机械稳定性。

结果与讨论

1. 材料表征：扫描电镜证实垂直孔道结构（直径20-50 μm），FTIR显示GO的羧基与CS氨基成功交联，XRD分析表明PPy均匀包覆于GO表面。
2. 光热性能：UV-Vis显示PPy@GO-CG在300-2500 nm波段吸收率达98%，红外热成像显示表面温度在10分钟内升至85.6°C。
3. 蒸发效率：垂直孔道使毛细输水速率达4.2 mm·s^?1，3.79 kg·m^?2·h^?1的蒸发速率优于多数报道的CS基蒸发器（如LCG气凝胶的2.17 kg·m^?2·h^?1）。
4. 抗盐机制：动态水膜与垂直孔道协同作用，使20 wt% NaCl溶液中60小时无盐结晶，接触角测试显示超亲水特性（<10°）。
5. 抗菌测试：对大肠杆菌抑菌圈直径达12.3 mm，归因于CS质子化氨基破坏微生物细胞膜。

结论
该研究通过结构-功能一体化设计，首次将垂直孔道、PPy@GO光热协同与CS抗菌特性整合，其96.16%的转换效率接近理论极限。相比同类研究，该蒸发器在长效抗盐性（较PB/CW材料提升50%耐久性）和生物污染防控方面具有独特优势，为太阳能淡化技术的实际应用提供了兼具高效性、稳定性和多功能性的创新方案。