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  水資源短缺正在全世界迅速蔓延，威脅著五大洲的人口，需要全球性的可持續的解決方案。循環用水是提供清潔飲用水的最佳生態方法。近年來，水修復材料，如石墨烯、碳納米管、活性炭、沸石和金屬納米粒子，已在各種凈水技術中進行了探索。然而，這些材料通常價格昂貴，并且對環境和生態系統產生不利影響，因此迫切需要尋找低成本、安全和可持續的具有納米結構的替代品。

  近日，暨南大學劉明賢教授課題組采用液氮輔助定向冷凍技術制備了一種具有定向通道的可持續的交聯甲殼素納米晶支架（XChNCs）。該支架在海水淡化、油水分離和染料吸附上均表現出高效的分離效果。該研究成果以“Chitin nanocrystals scaffold by directional freezing for high-efficiency water purification”為題發表在Separation and Purification Technology（影響因子9.136，一區TOP）雜志上。暨南大學化學與材料學院2021級博士生何韻晴為該論文第一作者，劉明賢教授為唯一通訊作者。

圖1（a）ChNCs支架制備過程示意圖。（b）ChNCs支架定向冷凍和冷凍干燥示意圖。

  將商業墨水涂布在XChNCs支架的表面作為光吸收層（圖3a），該涂層不會堵塞支架的垂直對齊通道（圖3b）。表面涂有墨水的XChNCs支架由于在300 nm-1100 nm波長處對光具有較強的吸收強度（圖3c），因此具有廣泛的光學吸收和優異的光熱導率。在模擬太陽光的氙氣燈照射下，其表面溫度能夠迅速升高（圖3d）。將該支架置于水面上，在沒有氙燈照射的情況下，在支架的上方未觀察到蒸汽柱（圖3f）。相比之下，在模擬1個太陽或10個太陽的氙燈照射下，支架表面均被觀察到連續的蒸汽逸出，并隨著氙燈的照射強度越高，蒸汽柱越明顯。因此將表面涂布墨水的XChNCs支架作為水蒸發器材，有利于提高對水的蒸發效率（圖3i）。將該支架在穩定的光源照射下，重復進行淡化海水試驗9次，水蒸發速率和蒸發效率均在合理范圍內波動（圖3I），表明該墨水表面涂布支架在海水淡化應用中具有良好的穩定性和可重復使用性。 

圖3（a，b，c和d）表面涂布墨水的XChNCs支架的表征。（e，f，g，h和i） 采用氙燈模擬太陽光照射表面涂布墨水的XChNCs支架的表面進行海水淡化試驗。（j，k和l）使用激光作為穩定光源對表面涂布墨水的XChNCs支架進行淡化海水循環穩定性測試。

圖4（a，b和c）XChNCs支架的潤濕行為。（d，e，f，和g）XChNCs支架的油水分離試驗。（h，i和j）XChNCs支架的耐腐蝕性。

圖5 XChNCs支架吸附亞甲基藍（MB）、剛果紅（CR）測試。

  本研究采用液氮輔助定向冷凍法制備了具有排列通道的ChNCs支架。定向通道有利于ChNCs支架快速吸收液體。采用戊二醛作為交聯劑對該支架進行交聯，以提高支架的耐水性和機械穩定性。該支架在海水淡化、油水分離和染料吸附上均表現出良好的分離效果。除此之外，XChNCs支架具有耐腐蝕性，可在惡劣環境下有效地分離油水混合物。因此本研究制備了一種可再生、可生物降解和高性能的生物質支架，在水凈化方面有著廣闊的應用前景。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.123177