《Desalination》：Wind-derived core–shell photothermal evaporator for brine concentration and desalination with salt localization
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•核心-壳层蒸发器可有效处理高盐度盐水。•孔隙梯度壳层有助于快速传输水分并保持界面湿润。•核心区域负责传输进水并促进盐分结晶。•对流气流可提高盐水的浓度并增加淡水产量。引言由于对电动汽车和电池的需求迅速增加，锂已成为一种关键的能源资源[1]。为了满足这一增长的需求，人们付出了大量
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核心-壳层蒸发器可有效处理高盐度盐水。
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孔隙梯度壳层有助于快速传输水分并保持界面湿润。
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核心区域负责传输进水并促进盐分结晶。
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对流气流可提高盐水的浓度并增加淡水产量。
引言
由于对电动汽车和电池的需求迅速增加，锂已成为一种关键的能源资源[1]。为了满足这一增长的需求，人们付出了大量努力来开发更高效和可持续的锂提取技术。高海拔盐湖中的大陆咸水占全球锂储量的大部分[2][3]。目前，从盐水中提取锂主要依赖于使用开放式蒸发池的长期浓缩过程。然而，这种方法需要12到18个月的时间才能将锂浓缩到可回收的水平，在此过程中超过90%的进水会散失到大气中。这种长期过程会对环境造成严重负担，包括水资源流失和生态破坏[4][5][6][7]。为了解决这些问题，直接锂提取（DLE）技术被引入作为替代方案。然而，DLE过程也需要大量的淡水用于洗脱液的制备以及生产LiCl溶液的额外浓缩步骤[8][9][10]。因此，迫切需要开发一种基于蒸发的可持续技术，能够快速浓缩高盐度盐水并回收水。
界面太阳能蒸发（ISE）将基于太阳的光热能集中到水-空气界面，以最小的整体加热量驱动蒸发，从而实现低能耗和简单的系统结构，这一技术已被广泛用于海水淡化[11][12][13][14][15][16][17]。除了淡化之外，ISE还可以用于盐水浓缩和矿物回收[18][19][20]。由于ISE系统可以通过蒸发浓缩盐水并通过冷凝生成的水蒸气来回收淡水，它们可以作为一种有前景的方法来解决盐湖盐水的浓缩和水资源流失问题。然而，为了在高盐度条件下长时间有效运行ISE系统，必须很好地控制盐分结晶[21][22]。随着蒸发过程的进行，蒸发界面附近的盐浓度会增加，最终达到饱和浓度。由此产生的盐晶可能会堵塞蒸发器的孔隙，阻碍水分传输，促进界面干燥，最终降低蒸发性能。为了解决ISE系统中的盐积累问题，最近研究了一些盐管理策略，如定向水传输和离子反向扩散[23][24]。然而，在高盐度条件下，这些策略存在技术限制，因为盐浓度在蒸发过程中会持续增加，而且盐不会直接从主体水中去除。在这方面，最好是将盐从盐水中排出，而不是简单地在蒸发器内部重新分配。因此，开发了几种3D蒸发器，以空间分离水传输和结晶路径，从而实现局部盐结晶并在远离蒸发界面的地方收集盐[25][26][27][28][29][30]。最近的研究表明，受生物启发的光热蒸发器可以实现空间控制的蒸发和结晶，从而促进实际的盐分离[31][32][33]。
同时，高海拔的富锂盐湖暴露在强烈的太阳辐射和风的作用下[34][35][36]。强烈的太阳辐射是ISE的主要能源。此外，最近的ISE系统利用风来清除蒸发界面形成的蒸汽边界层，并增强对流传热[37][38][39][40]。此外，还开发了含有结构化气流通道或风响应几何形状的3D蒸发器，以协同利用太阳辐射和风能来增强界面蒸发[41][42]。然而，风也会增加蒸发界面的蒸发需求，当进料盐水量不足时可能导致干燥和盐积累。因此，适合高海拔盐湖环境的蒸发系统应积极利用强烈的太阳辐射和风，同时满足连续供水并在高盐度条件下解决盐结晶问题。
在这项研究中，提出了一种核心-壳层蒸发器来满足这些要求。该蒸发器由3D打印的PLA核心和由织物和壳聚糖气凝胶组成的壳层构成，壳层中具有壳聚糖浓度梯度。PLA核心作为蒸发器的支撑结构，同时也作为盐结晶区域，从而将盐沉积位置与主要蒸发界面分开。壳层的内部分布有大的孔隙结构，有利于快速传输水分，并将盐水持续供应到蒸发界面[43][44]。相比之下，壳层的外层含有密集的壳聚糖网络和亲水性基团，即使在风辅助条件下也能稳定保持界面湿润，抑制干燥现象[45]。
所提出的核心-壳层蒸发器在高盐度和风辅助条件下能够保持稳定的界面蒸发，同时通过局部结晶将盐晶分离到核心区域。在10%重量比的NaCl溶液中，当太阳辐照强度为1倍，气流速度为4米/秒时，该蒸发器的蒸发速率分别达到了12.4千克/平方米·小时、3.56千克/平方米·小时和2.26千克/平方米·小时（按占地面积（太阳照射面积）、正面投影面积和总暴露蒸发面积进行归一化）。这些结果证明了所提出蒸发器在风辅助下的盐水浓缩潜力。此外，通过结合蒸汽捕获和冷凝系统，该蒸发器还可以用于淡水生产。
章节摘录
材料
壳聚糖（中等分子量）、氢氧化钠（NaOH）和氯化钾（KCl）从Sigma-Aldrich购买。石墨烯纳米片（GNP）从韩国的XG Sciences购买。冰醋酸、氯化钠（NaCl）、六水合氯化镁（MgCl?·6H?O）、二水合氯化钙（CaCl?·2H?O）和氯化锂（LiCl）从Alfa Aesar购买。
核心-壳层蒸发器的制造
首先制备了0.3 M的醋酸溶液。然后将壳聚糖粉末加入醋酸溶液中
核心-壳层蒸发器的特性
为了在风条件下保持稳定的蒸发性能，可持续的水分传输至关重要。否则，蒸发表面容易干燥。因此，所提出的蒸发器通过确保在风暴露条件下持续向蒸发界面供水而不发生表面干燥，同时控制盐结晶，从而实现稳定的蒸发性能。
结论
提出了一种能够保持高盐度盐水稳定蒸发性能的核心-壳层蒸发器。在核心-壳层结构中，核心区域作为局部结晶区域，将盐沉积位置与主要蒸发表面分开。壳层由织物和壳聚糖气凝胶组成，其中内层快速吸收和传输盐水，实现向蒸发界面的连续供水。同时，外层稳定了
CRediT作者贡献声明
Dong Hyun Kwon：撰写——原始草稿、可视化、验证、方法论、研究、数据分析、数据整理。Hyeong Woo Lim：撰写——审稿与编辑、方法论、数据分析。Sang Joon Lee：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、项目管理、数据分析、资金获取、概念构思。
利益冲突声明
致谢
我们衷心感谢浦项加速器实验室12D光束线对FTIR实验的支持。这项工作得到了韩国政府（MSIT）资助的韩国国家研究基金会（NRF）（RS-2024-00341278）的资助。
Dong Hyun Kwon|Hyeong Woo Lim|Sang Joon Lee
