隨著人口的增長(zhǎng)和工業(yè)的發(fā)展，人類社會(huì)對(duì)淡水的需求日益增加。然而，與之相反，由于環(huán)境污染的影響，淡水資源日益匱乏，甚至已經(jīng)開始對(duì)人們的健康產(chǎn)生影響。海水淡化為解決淡水危機(jī)提供了一條有效和可靠的途徑。

近年來(lái)飛速發(fā)展的基于表面光熱水蒸發(fā)的太陽(yáng)能光熱海水淡化技術(shù)可以在只需太陽(yáng)光照的前提下進(jìn)行海水淡化，是一種經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保的海水淡化方法。這種技術(shù)通常需要將光熱材料置于海水表面或上方，通過(guò)毛細(xì)管作用將海水輸送至光熱材料上表面，在太陽(yáng)光的照射下，光熱材料表面迅速升溫，使其表面的海水迅速蒸發(fā)。

這種表面光熱水蒸發(fā)具有極高的能量轉(zhuǎn)化效率，因此在海水淡化應(yīng)用方面具有很大的前景。現(xiàn)有的太陽(yáng)能光熱海水淡化裝置設(shè)計(jì)通常都包含海水池、光熱材料及淡水收集池。在海水淡化過(guò)程中，需要在海水淡化裝置中注入一定量的海水，使得整個(gè)淡化裝置總重量增加，同時(shí)裝置中的液態(tài)海水在移動(dòng)的過(guò)程有可能濺出從而污染已收集的淡水，因此很難實(shí)現(xiàn)便攜式海水淡化。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，南澳大利亞徐浩蘭研究員團(tuán)隊(duì)開發(fā)設(shè)計(jì)了一種3D柱狀輕質(zhì)固體光熱儲(chǔ)水材料同時(shí)兼具海水吸收儲(chǔ)存、太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)化和海水蒸發(fā)的功能（圖1）。

圖1：光熱儲(chǔ)水材料示意圖及實(shí)物圖

這種光熱儲(chǔ)水材料由吸水內(nèi)核和基于氧化還原石墨稀及凝膠的光熱外殼組成，光熱外殼同時(shí)具有鎖水功能，使得內(nèi)核儲(chǔ)存的海水即使受到輕度擠壓也不會(huì)外溢。光熱儲(chǔ)水材料儲(chǔ)存的海水足夠支持1–2天的光熱水蒸發(fā)，因此在海水淡化過(guò)程中無(wú)需額外加入海水（圖2），使得整個(gè)海水淡化裝置的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)化，重量更輕，也沒(méi)有純凈水再污染的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)便攜式海水淡化(圖3)。

圖2：光熱儲(chǔ)水材料在模擬太陽(yáng)光照下的水蒸發(fā)以及光熱蒸發(fā)過(guò)程中其上表面和側(cè)面的溫度。

整個(gè)蒸發(fā)過(guò)程中無(wú)需補(bǔ)充海水。

圖3（a）簡(jiǎn)易海水淡化裝置示意圖，（b,c）海水淡化裝置戶外測(cè)試

光熱蒸發(fā)一段時(shí)間以后（1–2天），只需將光熱儲(chǔ)水材料浸泡于海水3–5分鐘，即可重新使用。另外，由于光熱儲(chǔ)水材料無(wú)需與外界海水接觸，因此沒(méi)有熱傳遞能量損失，同時(shí)材料暴露的表面積，也就是吸光面積和蒸發(fā)面積最大化，從而大大提高蒸發(fā)速度。此外，光熱儲(chǔ)水材料的側(cè)面，因?yàn)樵谡舭l(fā)過(guò)程中沒(méi)有受到陽(yáng)光照射，其表面溫度低于環(huán)境溫度（圖2），因此可以從環(huán)境中吸收能量用于驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)，從而整個(gè)蒸發(fā)體系的能量轉(zhuǎn)換效率極高。經(jīng)測(cè)試，在一個(gè)太陽(yáng)光強(qiáng)垂直照射下，光熱儲(chǔ)水材料的蒸發(fā)速率達(dá)到4kgm–2h–1(按投影面積計(jì)算)，經(jīng)過(guò)一天的蒸發(fā)，材料表面沒(méi)有形成積鹽。

該項(xiàng)目由南澳大學(xué)、南澳大學(xué)研究投資計(jì)劃：發(fā)展基金(Project No.100601)、黑龍江省華升石墨股份有限供司（Project No.100085）提供支持。