地球表面71%的面積被海洋占據(jù)，但海水無法直接作為人類的生活用水。

太陽能光熱蒸發(fā)技術(shù)是實現(xiàn)海水淡化的主要方法之一，但傳統(tǒng)的光熱轉(zhuǎn)化材料制備復(fù)雜、成本高、穩(wěn)定性低。

據(jù)報道，日前，中國科學(xué)院寧波工業(yè)技術(shù)研究院智能高分子材料團(tuán)隊陳濤研究員課題組，研發(fā)出了一種新型海水淡化裝置，且這一研究成果已刊登在Solar RRL期刊上。

Solar RRL是Advanced Material期刊的子刊。Advanced Material是工程與計算大學(xué)科、材料與化學(xué)大領(lǐng)域的頂尖期刊。

該新型海水淡化裝置呈三維仿生樹狀結(jié)構(gòu)，課題組技術(shù)負(fù)責(zé)人肖鵬把它稱之為“蒸騰樹”。它通過模擬植物吸水、蒸騰和冷凝的過程，利用光照促使表面水份蒸發(fā)，從而將吸收的海水轉(zhuǎn)化為純凈水。

實驗中，將“蒸騰樹”放置在盛有海水的大杯里，外部套上塑料容器，在有光照的條件下，塑料容器內(nèi)壁陸續(xù)附著上小水珠，然后滴落到底部的容器中，形成純凈水。

圖：“蒸騰樹”模型

“蒸騰樹”主要由三部分構(gòu)成，包括作為光吸收劑的CP基葉子、用于輸水/隔熱的紙基莖和用于抽水的紙基根。

CP基葉子可以經(jīng)受強(qiáng)度較大的彎曲，且折疊過程中不出現(xiàn)明顯的斷裂。經(jīng)課題組研究人員測試發(fā)現(xiàn)，疊加四層的CP基葉子可以吸收近95%的紫外線、96%的可見光和90%的紅外太陽輻射。

光照后，CP基葉子表面的溫度可在2分鐘內(nèi)迅速升高至75℃，水分蒸發(fā)后，收集到的清水符合世界衛(wèi)生組織的飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

CP基葉子、紙基莖和紙基根這三部分，都主要由高分子材料聚吡咯棉布制成。

聚吡咯是一種輕質(zhì)高效的光熱轉(zhuǎn)換材料，將其覆蓋在普通棉織物表面上，可使棉布具有吸水快、蒸發(fā)性強(qiáng)等特性，同時該棉布可洗可縫、能重復(fù)利用，制作成本較低。

實驗室數(shù)據(jù)表明，由該材料制成的“蒸騰樹”可將日常水體的蒸騰速率提升3.5倍以上。1平方米“蒸騰樹”7小時可淡化海水超過5千克，能夠滿足三個普通成年人一天的飲水需求。

圖：“蒸騰樹”的應(yīng)用材料及原理

由于聚吡咯棉布具有強(qiáng)大的纖維結(jié)構(gòu)，它可將地下水從紙根持續(xù)抽取到葉片表面。因此，該裝置除了可以淡化海水外，還可以從沙子等固體基質(zhì)中提取水分。

這意味著，這種裝置在諸如水蒸餾、污水處理，以及在某些沙漠或沼澤條件下的極端水提取場景中，具有巨大的應(yīng)用潛力。

肖鵬向記者表示，這種新型裝置本身幾乎不耗能，生產(chǎn)加工成本也低，應(yīng)用前景十分廣闊。

據(jù)聯(lián)合國新發(fā)布的《世界水發(fā)展報告》顯示，全球用水量已達(dá)到一個世紀(jì)前的六倍，預(yù)計2050年還將增加20%至50%。

未來，海水淡化將成為化解水資源短缺的重要途徑之一。這也成為眾多科學(xué)人員的研究領(lǐng)域。

上海交通大學(xué)的趙斌元副教授課題組與倫敦城市大學(xué)喬治丹尼斯助理教授吳衛(wèi)平博士課題組、牛津大學(xué)材料系Robert Bradley教授合作，還研制出了一種太陽能風(fēng)能海水淡化裝置。

地質(zhì)聚合物介孔碳復(fù)合結(jié)構(gòu)用于光熱海水蒸發(fā)設(shè)計示意圖。圖片來源：上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院該裝置以地質(zhì)聚合物和生物質(zhì)介孔碳復(fù)合材料為基礎(chǔ)。核心是利用大孔結(jié)構(gòu)的地質(zhì)聚合物進(jìn)行水傳導(dǎo)，再用生物質(zhì)介孔碳復(fù)合材料吸收太陽能。生物質(zhì)介孔碳主要由生物質(zhì)秸稈制成。

最后再利用微弱的風(fēng)能，在蒸發(fā)層上方快速形成蒸汽負(fù)壓，加速水蒸氣的蒸發(fā)和逃逸。

通過這兩種環(huán)保材料的組合，該光熱蒸發(fā)裝置在一個標(biāo)準(zhǔn)太陽光照射、3m/s的風(fēng)速下，每平方米每小時可獲得7.55升淡水。