综述：耐盐太阳能热法海水淡化实现高效蒸发与海水资源提取的关键路径

《Desalination》：Critical pathways of salt-resistant solar thermal desalination toward high-efficiency evaporation and seawater resource extraction

　　摘要太阳能光热淡化是一项前景广阔的低碳方案，可缓解日益加剧的全球淡水资源短缺问题。在长期淡化过程中，水-气界面处发生的盐析会阻碍太阳光吸收和海水输运，从而导致器件性能退化，甚至运行中断。为应对这一挑战，近年来已提出众多防盐析策略。然而，这些策略的探索通常与蒸发器性能提升相互割裂，难以同时实现高性能与运行可持续性。在本综述中，我们系统讨论了淡化性能与防盐析能力之间的内在机制关联，并提出了同时实现高效与可持续的方法。首先，我们对代表性太阳能蒸发器进行了对比统计分析，识别出主导的盐管理途径；随后揭示了这些策略从本质上调控热量定位、蒸汽逸出连续性及盐度梯度回扩散等效率决定因素的机制。在阐明盐管理机理的基础上，我们指出了长期淡化过程中提升器件性能的实际途径。最后，我们强调了一个新兴转变：从被动的析晶预防转向主动利用盐度梯度能量以及高附加值卤水/盐回收，从而将淡化过程转变为一体化的资源-能源汇集过程。该框架为下一代太阳能光热淡化系统的合理设计提供了机制指导，使其具备自调控析晶动力学、高热力学效率，以及从海水中联产淡水与盐资源的能力。各章节摘录缩略语- 3D：三维（three-dimensional）- CB：炭黑（carbon black）- CIS：硒化铟铜（copper indium selenide）- CNT(s)：碳纳米管（carbon nanotube(s)）- CTAB：十六烷基三甲基溴化铵（cetyltrimethylammonium bromide）- GO：氧化石墨烯（graphene oxide）- HTO：氢钛酸盐（hydrogen titanate）- ISE：界面太阳能蒸发（interfacial solar evaporation）- MD：膜蒸馏（membrane distillation）- MXene：二维过渡金属碳化物/氮化物家族（two-dimensional transition-metal carbide/nitride family）- PANi：聚苯胺（polyaniline）- PDMS：聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane）- PDMAPS：聚[2-(丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵（poly[2-(methacryloyloxy)ethyl]dimethyl-(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide）- PCMs：相变材料（phase-change materials）- PPy：聚吡咯（polypyrrole）- PRO：压力延迟渗透（pressure-retarded osmosis）- PTFE：聚四氟ethylene（polytetrafluoroethylene）- PVA：聚乙烯醇（poly(vinyl ...）盐析的形成原理与影响因素海水是一种复杂的水溶液，含有多种化学成分，主要以溶解离子的形式存在，如碳酸钙、硫酸钙和氢氧化镁等。盐的形成过程受多种因素影响，包括盐浓度、水的流速、水温以及环境pH值[23]。在海水中，盐析始于微观尺度上的成核与凝聚。当前的防盐析策略在讨论高效的耐盐策略之前，我们首先正式定义蒸发效率的计算方法。蒸发速率为单位归一化面积和单位时间内的水质量损失。光照下的总蒸发速率定义为 ?_light = Δm_light/(At)，其中 Δm_light 为光照期间的质量损失，A 为原始研究中所采用的归一化面积，t 为测试时长。匹配的光暗蒸发速率 ?_dark = Δm_dark/(At) 则通过测量获得。淡化过程中盐度梯度的利用随着盐不再仅仅被视为一种结垢约束，而成为一种潜在的能量与资源载体，太阳能淡化可以被战略性地升级为从"纯淡水生产"迈向双功能资源-能源联产的平台。除了仅仅缓解盐的累积之外，受控的界面盐度梯度的形成能够实现渗透/盐度梯度能的提取，同时可以选择性获取高纯度的结晶盐和浓缩卤水。结论太阳能光热淡化已从追求高瞬时蒸发速率，发展为同时实现高效率、耐盐性、运行稳定性和资源回收。本综述表明，蒸发增强与耐盐析并非相互独立的目标，而是通过水、热、蒸汽与离子的耦合输运在本质上相互关联。单独增大某一种输运通量并不一定……作者贡献声明- Jinglu Jiang（江景露）：撰写–审阅与编辑、方法论、调查、形式化分析、数据整理、概念化。- Wanyi Xie（谢万义）：撰写–审阅与编辑、方法论、调查、形式化分析、数据整理、概念化。- Jianyin Xiong（熊建银）：监督、资源、项目管理。- Guang Feng（冯广）：项目管理、方法论、调查、数据整理、概念化。- Ziye Zhu（朱子叶）：监督、资源、项目管理、方法论、调查。- Hui Kong（孔辉）：……利益冲突声明无利益冲突需要声明。致谢本研究由广东省基础与应用基础研究基金（编号：2023A1515240008）、国家自然科学基金（编号：52576004、52506215）、中国博士后科学基金会博士后 fellowship 项目（编号：GZC20252698）以及中国科协青年精英科学家支持计划（编号：2023QNRC001）资助。作者：Jinglu Jiang、Wanyi Xie、Jianyin Xiong、Guang Feng、Ziye Zhu、Hui Kong