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  水資源短缺，特別是淡水資源，是一個(gè)亟需解決的世界性問題。預(yù)計(jì)到2050年，全球?qū)⒂?0億人面臨水資源短缺的問題。海水淡化和污水凈化被認(rèn)為是解決水資源短缺的兩個(gè)重要途徑。由于太陽能具有可再生、取之不盡以及綠色清潔的特點(diǎn)，基于太陽能動力從海水和污水中生產(chǎn)干凈水的技術(shù)吸引著廣大研究者的注意。在過去幾年中，直接將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能的光驅(qū)動界面蒸發(fā)因其易于獲取和高效的特性在水凈化、海水淡化領(lǐng)域取得顯著的進(jìn)展。三維多孔的光吸收材料被認(rèn)為是太陽能驅(qū)動界面蒸發(fā)器的一種理想光熱轉(zhuǎn)換層，因其具有高光吸收率和光熱轉(zhuǎn)換效率，并且豐富的孔結(jié)構(gòu)可以讓水蒸氣快速逃逸。多種技術(shù)炭化、陽極氧化、靜電植絨以及溶劑澆筑等曾被研究用于制備三維多孔光吸收材料，并取得了較好的界面蒸發(fā)效果，但在經(jīng)濟(jì)性和制備工藝上仍有進(jìn)步的空間。

  在本研究中，他們立足于合理利用農(nóng)林廢棄物特性用于功能轉(zhuǎn)化的理念，報(bào)導(dǎo)了一種低成本、穩(wěn)定和易于擴(kuò)大生產(chǎn)的具有光熱效應(yīng)的聚吡咯改性脫木素的咖啡渣 (PPy@D-SCG)，并探索了其在海水淡化和污水凈化領(lǐng)域的應(yīng)用。速溶咖啡工業(yè)的廢棄咖啡渣，經(jīng)過脫木素處理得到孔結(jié)構(gòu)高度有序且呈蜂窩狀的白色咖啡渣，通過在其表面修飾聚吡咯納米顆粒，得到了具有光熱效應(yīng)的多孔咖啡渣復(fù)合材料。將其作為光吸收劑應(yīng)用在太陽能驅(qū)動界面蒸發(fā)海水淡化，表現(xiàn)出優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化性能。此外，脫木素咖啡渣可通過溶脹-研磨工藝批量制備微納米級咖啡渣顆粒，經(jīng)聚吡咯修飾后，可聚乳酸復(fù)合制備3D打印線材，并借助3D打印機(jī)成型三維光熱器件，在海水淡化（海水蒸發(fā)速率可達(dá)到1.81 kg m² h^-1）和污水凈化（重金屬離子和可溶性有機(jī)染料的去除率均高達(dá)99.9%）中具有一定的潛在應(yīng)用價(jià)值。

圖4 (a) 聚吡咯改性的微米脫木素咖啡渣 (PPy@MD-SCG)； (b) PPy@MD-SCG與聚乳酸形成復(fù)合線材的照片及橫截面的掃描電鏡圖；(c) 借助3D打印機(jī)，以PPy@MD-SCG與聚乳酸復(fù)合線材為原料打印的3D太陽能蒸發(fā)器；(d) 3D太陽能蒸發(fā)器的組件以及其應(yīng)用于海水淡化的原理圖；(e) 在1個(gè)太陽照度下，3D太陽能蒸發(fā)器表面的溫度隨光照時(shí)間變化的曲線圖；(f) 在1個(gè)太陽照度下，3D太陽能蒸發(fā)器的水蒸發(fā)速率曲線圖；(g) 在1個(gè)陽光照射下，3D太陽能蒸發(fā)器的海水蒸發(fā)速率曲線圖；(h) 海水經(jīng)過3D太陽能蒸發(fā)器蒸發(fā)前后的K⁺，Na⁺，Ca²⁺和Mg²⁺離子濃度變化； (i) 含有有機(jī)染料或重金屬離子的廢水經(jīng)過3D太陽能蒸發(fā)器蒸發(fā)前后顏色變化；(j) 有機(jī)染料和重金屬離子的去除率；(k) 在1個(gè)太陽照度下，3D太陽能蒸發(fā)器對含有有機(jī)染料或重金屬離子廢水的水蒸發(fā)速率曲線圖；(l) 在1個(gè)太陽照度下，3D太陽能蒸發(fā)器對各種廢水進(jìn)行蒸發(fā)時(shí)，表面的溫度隨光照時(shí)間變化的曲線圖；(m) 將3D太陽能蒸發(fā)器模擬污水凈化的裝置圖；(n) 3D太陽能蒸發(fā)器模擬污水凈化時(shí)，不同時(shí)間段收集的潔凈水的質(zhì)量曲線圖。