三维拱形太阳能蒸发器结合潜热回收技术实现高效海水淡化与盐碱农业可持续发展

针对传统海水淡化技术能耗高、盐结晶等问题，研究人员开发了基于MoS2@ZIF-67/CC复合材料的三维拱形太阳能蒸发器，通过结构优化实现潜热回收与高效光热转换，蒸发速率达3.64?kg?m?2?h?1，并成功应用于户外淡水生产（17.28?kg?m?2）和盐碱地作物培育，为水资源短缺和荒漠化治理提供创新解决方案。

　　

随着全球淡水资源短缺加剧，传统海水淡化技术如多级闪蒸(MSF)和反渗透(RO)因高能耗、复杂操作和二次污染问题难以推广。太阳能界面蒸发技术因其绿色可持续特性成为研究热点，但二维(2D)光热材料存在效率低、盐耐受性差等瓶颈。湖北省科学技术厅资助的研究团队通过仿生拱桥结构设计，开发了基于碳布(CC)负载钴基金属有机框架(ZIF-67)和二硫化钼(MoS₂)的三维(3D)拱形蒸发器，相关成果发表于《Desalination》。

研究采用水热法在碳布上原位生长ZIF-67，再合成MoS₂构建复合材料。通过结构表征（SEM、XRD）、光学性能测试（UV-vis-NIR）和户外实验验证性能，并利用青岛沿海海水进行盐耐受性测试。

材料设计与表征
通过SEM观察到MoS₂纳米片均匀覆盖ZIF-67多面体，形成分级多孔结构。XRD证实材料成功合成，UV-vis显示其太阳光吸收率达96%。

蒸发性能测试
拱形结构通过空气对流效应实现潜热回收，在1太阳光照下蒸发速率达3.64?kg?m^?2?h^?1，3.5?wt%盐水中仍保持3.27?kg?m^?2?h^?1。户外实验单日淡水产量17.28?kg?m^?2。

农业应用验证
大豆种子培育实验显示，使用淡化水的实验组11天后生物量显著高于对照组，证实水质符合灌溉标准。

该研究通过3D结构设计突破2D材料效率限制，MoS₂与ZIF-67协同增强光热转换，拱形几何优化热分布并抑制盐结晶。第一作者E. Yi和通讯作者Muhammad Sultan Irshad等指出，该系统为干旱地区水-能-粮协同发展提供全自动解决方案，未来可扩展至工业废水处理领域。研究获湖北省科技计划项目（2024BAB096）支持，相关技术已展现产业化潜力。