黑色g-C3N4/丝瓜络/壳聚糖水凝胶：光热驱动海水淡化与过硫酸盐协同降解四环素污染物的双功能创新研究

本研究针对海水淡化与有机污染物协同处理的难题，开发了一种兼具光热蒸发与过硫酸盐（PS）活化双功能的BCN/LF/CS水凝胶。该材料在1太阳光照下实现2.5 kg m?2 h?1的高效蒸发率，同时通过热激活PS降解四环素（TC，86%/3 h），为淡水短缺与水污染治理提供一体化解决方案。

　　

全球淡水资源危机与有机污染物治理是当前环境领域的双重挑战。传统海水淡化技术如反渗透能耗高，而太阳能界面蒸发技术虽高效，却难以避免蒸发过程中挥发性有机污染物（如抗生素）的二次污染。针对这一难题，河北地质大学的研究团队在《Journal of Materials Science》发表论文，创新性地将光热蒸发与过硫酸盐（PS）基高级氧化工艺（AOP）结合，开发出黑色g-C₃N₄/丝瓜络/壳聚糖（BCN/LF/CS）双功能水凝胶。

研究采用三步法构建材料体系：通过煅烧法制备黑色g-C₃N₄（BCN）作为光热核心，利用丝瓜络（LF）三维骨架实现快速水传输，壳聚糖（CS）水凝胶基质则提供污染物吸附位点。关键技术包括光热转化效率测试、自由基捕获实验（验证·OH和·SO₄^?生成）以及TC降解动力学分析。

结果与讨论

1. 材料设计与表征：BCN的窄带隙（1.8 eV）赋予其宽光谱吸收能力，LF的微米级孔道使水传输速率达4.2 mm/s，CS的氨基则通过静电作用富集TC分子。
2. 光热蒸发性能：在3.5 wt% NaCl溶液中，BCN/LF/CS实现2.5 kg m^?2 h^?1的蒸发速率，较纯水提升300%，归因于BCN的92%太阳光吸收率与LF的限域蒸发效应。
3. PS活化机制：60°C热激活下，PS分解产生·SO₄^?（半衰期30 μs）和·OH，TC（50 mg/L）在0.03 g/L PS条件下的降解符合准一级动力学（k=0.015 min^?1）。
4. 协同效应：蒸发过程产生的局部高温加速PS活化，而PS分解吸热反过来调节蒸发界面温度，形成正反馈循环。

结论与意义
该研究首次实现太阳能蒸发与PS-AOP的协同增效：BCN/LF/CS不仅突破传统蒸发器的污染瓶颈，更通过"一材双效"策略将淡水产出（86%冷凝水纯度）与污染物降解（TC去除率86%）效率同步优化。这种"以废治废"的设计理念为沿海地区含抗生素废水处理提供了新范式，相关材料体系可扩展至其他难降解有机物的治理。作者团队指出，未来研究将聚焦于复杂水质条件下的长期稳定性验证及工业化放大生产。