废弃烟蒂制备可持续光热膜：高效太阳能蒸汽发生器助力淡水生产

为解决全球淡水短缺问题，研究人员利用废弃烟蒂开发了一种氮改性光热膜（CEM），并通过原位复合黑腐植酸（BHA）提升光热性能。该材料在1 KW·m?2光照下实现2.12 Kg·m?2·h?1的蒸发速率，太阳能-蒸汽转换效率超90%，兼具优异复用性和海水淡化应用潜力，为废弃物资源化与清洁水生产提供了创新方案。

　　

全球每年产生约5.7万亿个废弃烟蒂，其不可降解的醋酸纤维素成分造成严重的环境负担。与此同时，传统海水淡化技术如反渗透（RO）因高能耗和地理限制难以普及，而现有光热材料如石墨烯、MXene等面临成本高、工艺复杂或生物毒性等问题。针对这些挑战，塔里木大学化学化工学院的研究团队创新性地将废弃烟蒂转化为高性能光热材料，相关成果发表于《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》。

研究通过尿素水热法对烟蒂纤维进行氮改性，构建亲水性水传导层（CEM），并原位复合黑腐植酸（BHA）增强光吸收。关键技术包括：（1）烟蒂纤维的碳酸钠-过氧化氢预处理；（2）不同尿素浓度（0.5-5 wt%）水热氮化；（3）BHA粉末压覆成膜；（4）紫外-可见-近红外光谱（UV-Vis-NIR）和X射线光电子能谱（XPS）表征；（5）室内外蒸发性能测试系统。

结果部分显示：

1. 材料特性：SEM显示BHA@2.5U/CEM具有分层多孔结构，XPS证实氮成功掺入（1.62 wt%），接触角测试表明2.5 wt%尿素处理的CEM亲水性最优（0.3秒完全浸润）。

2. 光热性能：BHA的芳香环结构使材料在600-2100 nm波段吸收率达85%，1 KW·m^?2光照下表面温度升至47.5°C，蒸发焓降至813.9 J·g^?1（纯水为2441.7 J·g^?1）。

3. 蒸发效率：2.5 U/CEM组蒸发速率达2.12 Kg·m^?2·h^?1，效率87.7%，优于多数对照材料（如石墨烯-石蜡的1.267 Kg·m^?2·h^?1）。盐水中仍保持1.50-1.60 Kg·m^?2·h^?1速率，K⁺、Mg²⁺等离子去除率超99%。

4. 实际应用：24小时户外测试累计产水25.84 Kg·m^?2，夜间无光条件下6小时仍产出2.735 Kg·m^?2。

结论指出，BHA@2.5U/CEM通过优化亲水性（水传导层）与光吸收（BHA层）的协同作用，实现了高效稳定的太阳能驱动蒸发。该研究不仅为烟蒂废弃物提供了可持续利用路径，更揭示了水传导层亲水性对蒸发效率的双向调控机制——过度亲水会形成连续水膜抑制蒸发界面。未来可通过放大制备推动该技术在偏远地区海水淡化中的应用。