综述：利用3D打印结构实现自然力驱动的水处理：从净化到清洁能源

这篇综述创新性地探讨了如何通过3D打印技术设计功能性结构，利用重力（gravity）、毛细作用（capillarity）和太阳能（solar energy）等自然力实现水净化与清洁能源生产。重点解析了油水分离、光降解（photodegradation）、海水淡化（desalination）及光伏水分解（photovoltaic water splitting）等技术的结构优化策略，提出模块化集成系统设计方案，为低能耗水处理提供了数字化制造新范式。

　　

Abstract

自然力驱动的水处理技术正引发革命性变革。通过巧妙设计3D打印结构，重力可实现油水高效分离，毛细作用促进溶液定向输运，而太阳能可同时驱动光催化降解污染物（photodegradation）、蒸发脱盐（desalination）及分解水制氢（water splitting）。这种"结构决定功能"的理念突破了传统材料本征性能限制，例如多级孔结构使油水分离效率提升300%，螺旋形光催化剂（photocatalyst）将太阳光利用率提高至92%。

Graphical Abstract

最新研究揭示了3D打印在结构定制上的独特优势：仿生分形流道设计使油水分离通量达10⁴ L·m^-2·h^-1，梯度多孔蒸发器实现85%的太阳能转化效率。更引人注目的是，模块化组装技术可将不同功能单元（如TiO₂光催化模块与石墨烯蒸发器）集成于单一系统，形成"净化-能源"联产装置。这种数字建模（digital modeling）驱动的标准化生产模式，显著加速了水处理技术的迭代创新。

Conflict of Interest

研究团队特别强调，该集成系统通过能量梯级利用创造了闭环处理链：油水分离后的净化水进入太阳能蒸发器，产生的蒸馏水继而用于光伏水分解制氢。计算表明，这种设计能使系统整体能耗降低60%，同时氢气产率达到3.2 mmol·h^-1·g^-1催化剂。值得注意的是，3D打印允许在结构中精确排布功能组分（如Z型异质结光催化剂），这种空间编程能力（spatial programming）为复杂水处理系统的构建提供了全新可能。