国产精品igao视频网网址不卡日韩,亚洲综合在线电影,亚洲婷婷丁香,黄色在线网站噜噜噜

  水、能源與環(huán)境可持續(xù)性所面臨的挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻，亟需對海水、廢水、高鹽鹵水等多種水源進(jìn)行資源化利用。為此，研究人員開發(fā)了一種受鹽膚木啟發(fā)的垂直分層結(jié)構(gòu)（RVHS），旨在實(shí)現(xiàn)全天候淡水提取、清潔鹽回收及電力生產(chǎn)。通過合理調(diào)控相變材料（PCM）的熱存儲(chǔ)過程，RVHS在白天和夜間的產(chǎn)水率分別達(dá)到5.07 kg m^-2與2.04 kg m^-2，約為傳統(tǒng)系統(tǒng)的1.2倍和1.8倍。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)的鹽回收率可達(dá)2.24 kg m^-2 day^-1；得益于污染物捕獲陷阱，RVHS可生產(chǎn)出不含微塑料、持久性有機(jī)污染物等新興污染物的高純鹽，該功能在以往研究中鮮有涉及。此外，在蒸發(fā)過程中，通過優(yōu)化蒸發(fā)界面的鹽濃度/溫度梯度分布進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了高效能量收集，其輸出功率較傳統(tǒng)裝置提升約60%。通過進(jìn)一步優(yōu)化熱力學(xué)結(jié)構(gòu)或引入更高性能的水伏材料，RVHS的發(fā)電性能還可繼續(xù)提升。綜上所述，本研究為太陽能驅(qū)動(dòng)的廢水/海水資源回收提供了一種通用方案。

  該工作近期以“Rhus Chinensis-Inspired Vertical Hierarchical Structure for Solar-Driven All-Weather Co-Harvesting of Fresh Water, Clean Salts, and Authigenic Electricity”為題，于2025年10月在線發(fā)表于《Advanced Materials》上。新加坡國立大學(xué)Tan Swee Ching教授為論文通訊作者。Zhen Yu博士為本文第一作者。該工作是在課題組成員前期研究基礎(chǔ)上（Nat. Commun. 2024, 15, 6081; Adv. Funct. Mater. 2025, 2505776; Adv. Funct. Mater. 2025, 2420651; Environ. Sci. Technol. 2025, 59, 27, 13754–13764; Adv. Sci. 2025, 12, 2505997; Adv. Sci. 2025, 12, 2408081）的進(jìn)一步拓展，致力于實(shí)現(xiàn)海水/廢水中資源與能源的綜合提取與利用。

  太陽能界面蒸發(fā)技術(shù)已成為解決水-能源-環(huán)境問題的一種頗具潛力的綠色方案。近年來，該技術(shù)已從單純提升蒸發(fā)性能逐步拓展至多樣化的應(yīng)用場景，并取得了顯著進(jìn)步。然而，該技術(shù)在大規(guī)模推廣與實(shí)際部署方面仍面臨若干關(guān)鍵挑戰(zhàn)。首要挑戰(zhàn)之一是室外蒸發(fā)性能的不穩(wěn)定性。與受控室內(nèi)環(huán)境不同，室外天氣條件的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致太陽輻射呈現(xiàn)間歇性，進(jìn)而引起蒸發(fā)速率不穩(wěn)定。引入相變材料（PCM）是降低連續(xù)日照依賴的有效途徑。然而，在同時(shí)實(shí)現(xiàn)淡水生產(chǎn)、鹽分提取與發(fā)電等多功能耦合的蒸發(fā)系統(tǒng)中，PCM的作用機(jī)理目前尚未得到充分探索。另一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于回收產(chǎn)物的潛在污染問題。天然水源中常含有抗生素、持久性有機(jī)污染物（POPs）、微塑料（MPs）及重金屬等復(fù)雜污染物。前期研究表明：部分新興污染物（如微塑料）可在蒸餾水中檢出，限制了其直接使用的安全性。同時(shí)，由于缺乏有效的污染物截留機(jī)制，多數(shù)太陽能蒸發(fā)器難以產(chǎn)出清潔可用的鹽。這種受污染的鹽無法直接利用，因此嚴(yán)重降低了其經(jīng)濟(jì)價(jià)值與能源潛力。因此，在提升產(chǎn)量的同時(shí)，嚴(yán)格評估并保障回收產(chǎn)物的實(shí)際可用性，成為當(dāng)前研究中一個(gè)被廣泛忽視卻至關(guān)重要的方向。

  鹽膚木作為一種耐寒耐鹽的落葉喬木（圖1a），在超過六千萬年的演化歷程中，形成了多種獨(dú)特的組織與結(jié)構(gòu)，使其能夠在惡劣外界環(huán)境中生存。這些適應(yīng)性結(jié)構(gòu)主要包括：I）熱滯蛋白（圖1b-I），能夠降低組織液冰點(diǎn)，并在高溫時(shí)期儲(chǔ)存熱量，以抵御夜間低溫；II）具有高選擇性離子泵功能的鹽腺（圖1b-II），可主動(dòng)將鹽離子從土壤運(yùn)輸至腺體表面，有效阻擋非生物污染物進(jìn)入，并通過太陽能驅(qū)動(dòng)的結(jié)晶過程排出多余鹽分，同時(shí)產(chǎn)生生物電能。這些機(jī)制共同賦予了鹽膚木在鹽堿與寒冷環(huán)境中的顯著生存優(yōu)勢。在此，研究人員開發(fā)了一種受鹽膚木啟發(fā)的垂直分級結(jié)構(gòu)（RVHS），用于實(shí)現(xiàn)太陽能驅(qū)動(dòng)的全天候淡水提取、清潔鹽回收與自生電能聯(lián)產(chǎn)（圖1c）。RVHS結(jié)構(gòu)主要包括兩個(gè)功能模塊：相變層與光吸收層。其中，相變層由石蠟填充碳纖維構(gòu)成；光吸收器則選用滸苔衍生的生物炭作為主要功能材料，該材料具備寬帶光吸收特性、優(yōu)異的污染物去除能力、高表面電位以及碳負(fù)性等優(yōu)勢。類似于鹽膚木中熱滯蛋白的保溫機(jī)制，PC層能夠在光照期間儲(chǔ)存熱能，并在無光照條件下釋放熱能，從而實(shí)現(xiàn)在波動(dòng)太陽輻射環(huán)境下的全天候穩(wěn)定蒸發(fā)（圖1d-I）。同時(shí)，RVHS通過水伏效應(yīng)與鹽擴(kuò)散效應(yīng)的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了同步發(fā)電（圖1d-II）。進(jìn)一步地，借鑒鹽膚木鹽腺的高選擇性排鹽與污染物阻隔機(jī)制，利用滸苔源活性生物炭作為污染物捕獲陷阱，并結(jié)合定制的單向流動(dòng)設(shè)計(jì)，確保了在鹽結(jié)晶過程中有效阻隔污染物，從而獲得清潔鹽產(chǎn)品（圖1d-III, IV）。

圖1 RVHS的設(shè)計(jì)靈感

  RVHS 在 1 sun下表現(xiàn)出 2.01 kg m^-2 h^-1的高蒸發(fā)速率，是純水的 5.4 倍。為評估其全天候蒸發(fā)性能，研究人員在相同光照條件下將RVHS與傳統(tǒng)光熱蒸發(fā)器 (TPE) 進(jìn)行了對比。在光照停止后的前10分鐘內(nèi)，TPE的蒸發(fā)速率較低，約為0.59 kg m^-2 h^-1，而RVH則維持了較高的蒸發(fā)速率，約為1.21 kg m^-2 h^-1。戶外實(shí)驗(yàn)表明：RVHS 裝置白天和夜間的產(chǎn)水量分別為5.07和2.04 kg m^-2，約為TPE的1.2倍和1.8 倍。

圖2 太陽能驅(qū)動(dòng)的全天候海水淡化

  與TPE相比，RVHS表現(xiàn)出了更佳的結(jié)晶性能。更先進(jìn)的是，RVHS 生產(chǎn)的鹽幾乎不含任何污染物（包括抗生素、持久性有機(jī)污染物 (POP)、微塑料 (MP) 和重金屬）。

圖3 太陽能驅(qū)動(dòng)的全天候清潔鹽生產(chǎn)

  隨著太陽通量從0 sun增加到 1.5 sun，RVHS 的開路電壓從0.18上升到 0.68 V，而短路電流從2.8增加到15.6 μA。光照下輸出性能的增強(qiáng)可歸因于局部場的相互作用，包括濃度、溫度和流場。在1 sun下，流場、濃度場、溫度場對RVHS增強(qiáng)的輸出性能貢獻(xiàn)分別為21.0%、22.6%、56.4%。

圖4 太陽能驅(qū)動(dòng)的全天候電力生產(chǎn)

  最后，在蒸發(fā)速率方面，二維蒸發(fā)結(jié)構(gòu)證實(shí)了RVHS的全天候蒸發(fā)能力。通過集成儲(chǔ)能模塊，三維RVHS可以實(shí)現(xiàn)更高的蒸發(fā)速率。之前的研究表明，傳統(tǒng)太陽能蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸餾水中可能包含一些新污染物，例如 MPs。相比之下，在污染物陷阱的作用下，RVHS可以生產(chǎn)不含MPs的清潔水。因此，建議對蒸餾水中污染物的成分和含量進(jìn)行全面的調(diào)查。需要強(qiáng)調(diào)的是，與產(chǎn)水速率相比，水質(zhì)對于實(shí)際應(yīng)用更為重要。對于鹽的生產(chǎn)，鹽的質(zhì)量需要格外強(qiáng)調(diào)。雖然報(bào)道的太陽能蒸發(fā)器在高鹽廢水的零液體排放 (ZLD) 方面取得了重大進(jìn)展，但結(jié)晶鹽中的污染物殘留問題卻在很大程度上被忽略了。除生物碳外，其他各種吸附劑也可用于制造RVHS，可實(shí)現(xiàn)類似的清潔鹽生產(chǎn)效果。在電力收集方面，雙模塊集成的協(xié)同作用可以顯著增強(qiáng)水伏材料的發(fā)電性能，并實(shí)現(xiàn) 42.4% 的最大輸出增益。

圖5 討論與展望

  原文鏈接： https://doi.org/10.1002%2Fadma.202506762