木质基高效太阳能蒸发-光催化双功能蒸发器的设计与环境修复应用

针对淡水资源短缺与环境修复的双重挑战，大连某研究团队开发了一种基于轻木（BW）的Fe3O4/碳纳米管（CNT）复合蒸发器（CCF@BW）。通过引入壳聚糖增强界面稳定性，该蒸发器实现了1.76 kg m?2 h?1的超高蒸发速率（理论极限突破）和88%的四环素降解效率，其水分子汽化焓降至1549 J g?1。研究为多功能太阳能净水设备设计提供了新范式，成果发表于《Water Research》。

　　

全球淡水危机与抗生素污染正形成双重环境威胁。传统海水淡化技术依赖高能耗，而现有太阳能蒸发器难以同步实现高效产水与污染物降解。这一困境的根源在于材料光热转化效率不足、界面稳定性差，以及缺乏多污染物协同处理能力。在此背景下，大连某高校团队创新性地将天然木材的输水特性与纳米材料的光热-光催化性能结合，开发出兼具淡水生产和环境修复功能的双效蒸发器，相关成果发表于《Water Research》。

研究采用真空浸渍法在轻木（BW）表面原位生长Fe₃O₄纳米颗粒，再通过壳聚糖介导的界面增强策略固定CNT光热层。关键技术包括：1）渤海海水样本的实地采集与模拟污水配制；2）差示扫描量热法（DSC）测定水分子汽化焓；3）100小时连续蒸发稳定性测试；4）X射线光电子能谱（XPS）表征材料界面作用。

材料与方法
通过双步修饰策略构建CCF@BW：首先利用木材含氧基团锚定Fe³⁺/Fe²⁺，碱性条件下原位合成Fe₃O₄；随后采用壳聚糖为粘合剂将CNT刷涂形成稳定光热层。这种设计使材料具备分级多孔结构与化学交联网络。

性能表征
DSC分析揭示CCF@BW中"中间水"比例增加，使汽化焓降至1549 J g^?1（较体相水降低27%）。在1太阳光照下，蒸发速率达1.76 kg m^?2 h^?1，突破理论极限。归因于：1）CNT的宽谱吸收（>95%）；2）木材的纵向输水与径向热局域化效应；3）壳聚糖增强的界面结合力使100小时测试后性能无衰减。

环境应用
蒸发冷凝水符合WHO/EPA饮用水标准，农田灌溉实验证实其安全性。光催化测试显示，CNT的高导电性促进Fe₃O₄光生载流子分离，四环素（TC）降解率达88%。这种协同作用源自：1）Fe₃O₄的可见光响应；2）CNT的电子高速传输；3）木材孔隙对污染物的富集效应。

该研究开创性地将界面蒸发与光催化净化耦合，其科学价值体现在三方面：首先，壳聚糖介导的界面工程策略为异质材料稳定结合提供新思路；其次，通过调控水分子状态实现汽化焓突破，刷新了太阳能蒸发效率的理论认知；最后，构建的"产水-治污"双功能系统为应对全球水危机提供了可持续解决方案。研究团队指出，未来可拓展至其他重金属/有机污染物的同步去除，推动太阳能净水技术的实际应用。