半导体增强型抗藻疏水悬浮木材基太阳能蒸发器的设计与性能研究

为解决太阳能界面蒸发器中盐分积累和藻类污染问题，浙江大学团队设计了一种半导体抗藻剂增强的疏水悬浮木材基蒸发器。该材料通过碳黑(PDMS)疏水层和半导体抗藻剂协同作用，实现了1.61 kg m?2 h?1的蒸发速率和89.34%的光热转换效率，在藻类环境中保持95.65%的性能保留率，为生物质材料在海水淡化中的应用提供了新思路。

　　

全球70%的表面积被水覆盖，但人类活动导致大量水资源因盐碱化或污染无法直接利用，尤其在偏远贫困地区。传统海水淡化技术如反渗透(RO)、电渗析(ED)和多级闪蒸(MSE)存在能耗高、设备昂贵等问题。太阳能界面蒸发技术因其利用可再生资源（阳光和海水）且效率高（光热转换效率可达90%以上），成为解决淡水危机的潜在方案。其中，木材基蒸发器因其可再生性和独特的多孔结构备受关注，但实际应用中面临两大挑战：盐分结晶会堵塞孔隙降低效率，藻类附着则会导致生物污染和材料降解。

针对这一难题，浙江农林大学的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表研究，通过将半导体抗藻剂整合到疏水悬浮木材基蒸发器中，同步解决了盐分积累和藻类附着问题。研究采用碳黑(CB)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)构建疏水光热层，结合半导体抗藻剂修饰，通过扫描电镜(SEM)、接触角测试和藻类浸泡实验系统评估性能。

材料与表征
通过SEM观察到未处理木材表面有明显藻类附着，而含半导体抗藻剂的样品在宏观和微观层面均无藻类生长。接触角测试证实疏水层（水接触角>150°）在抗藻剂存在下保持稳定。

蒸发性能
在1 kW m^?2光照下，优化后的蒸发器实现1.61 kg m^?2 h^?1蒸发速率和89.34%效率，较原始木材(0.84 kg m^?2 h^?1)提升92%。关键突破在于：无抗藻剂的疏水材料在藻类环境中性能衰减至1.34 kg m^?2 h^?1，而抗藻蒸发器能维持1.54 kg m^?2 h^?1（保留率95.65%）。

抗藻机制
半导体抗藻剂通过光催化产生活性氧(ROS)破坏藻类细胞膜，同时疏水表面减少藻类粘附位点。能谱分析(EDS)显示抗藻区域无生物膜特征元素（如磷、硫）。

结论与展望
该研究首次将半导体抗藻策略与悬浮蒸发结构结合，解决了木材基材料在真实海水环境中的长期稳定性问题。通过浙江省自然科学基金(LQ22B060003)等项目的支持，团队证实该设计在保持高热效率（85.12%）的同时，突破性地将抗藻性能与盐分排斥功能集成于单一系统。未来可通过调控半导体带隙（如TiO₂与WO₃复合）进一步优化抗藻光谱响应范围，为规模化应用提供理论基础。