聚吡咯-聚酯滤棉光热材料的双功能设计及其在太阳能界面蒸发脱盐中的应用

本文开发了一种聚吡咯修饰聚酯滤棉（PPy-PFC）的光热材料（PTM），通过降低水蒸发焓实现2.44 kg m?2 h?1的高蒸发速率（ER），并利用聚酯纤维束（PFB）构建垂直输水通道，在20 wt%盐水中保持1.95 kg m?2 h?1的稳定蒸发性能。创新性提出单向盐水流动蒸发器设计，实现零液体排放（ZLD），为界面太阳能蒸发技术（ISET）的工程化应用提供新策略。

　　

Highlight

本研究通过简单溶液浸渍法开发了聚吡咯-聚酯滤棉（PPy-PFC）光热材料（PTM）。如图1a所示，聚吡咯（PPy）均匀包覆在聚酯滤棉（PFC）纤维表面形成分级多孔结构（图1c-h）。这种设计赋予材料双重优势：PPy的宽光谱吸收特性实现96%以上的太阳光捕获效率，其强水合作用可降低水分子氢键密度，使蒸发焓从2440降至1700 kJ kg^?1，推动蒸发速率（ER）提升至2.44 kg m^?2 h^?1（1太阳强度）。

Characterization of PFC and PPy-PFC

扫描电镜（SEM）显示原始PFC由直径约10 μm的光滑纤维无序堆叠而成（图1e），而PPy-PFC纤维表面形成纳米级PPy颗粒涂层（图1h），比表面积显著增加。这种微纳分级结构既增强了光吸收能力，又通过毛细作用力优化了水传输路径。傅里叶变换红外光谱（FTIR）在1540 cm^?1和1450 cm^?1处出现PPy特征峰，证实成功聚合。

Conclusions

PPy-PFC通过三重创新机制突破ISET技术瓶颈：（1）蒸发焓调控实现高效能转化；（2）多PFB协同供水形成盐离子逆扩散流，耐受20 wt%高盐废水；（3）单PFB中心布局构建单向盐水流道，实现半径1.5 cm的定点结晶与ZLD。该工作为开发兼具高ER、强抗盐性和结晶收集功能的太阳能蒸发器提供了普适性设计范式。