含盐废水的深度处理一直是污水处理领域的一大挑战。现有技术通常难以实现较好的处理效果，或能耗较多。太阳能水蒸发(SWE)是一种环境友好的海水淡化/废水净化方法，利用太阳辐射为水蒸发提供动力，可实现高浓度含盐废水的彻底净化。水凝胶蒸发器的出现极大地提高了蒸发速率，引起了人们的广泛关注。然而，通过单一策略设计的蒸发器，其蒸发速率和去污性能有限，限制了它们的应用。 东北地理所水环境污染与防治研究团队通过多策略耦合开发了一种基于超亲水互连多孔水凝胶(SIPH)的太阳能蒸发器(图1)。该研究采用原位共凝胶法，将氧化碳纳米管(CNTs)作为太阳能吸收剂，掺杂到由聚乙烯醇(PVA)和壳聚糖(CS)交联形成的混合聚合物网络中合成，制备出SIPH。SIPH中的超亲水互连多孔结构不仅促进了水传输，而且增强了光吸收。利用−NH2调节聚合物网络-水的相互作用产生了高比例的活性水，将蒸发焓降低到纯水的三分之一。此外，混合聚合物网络的形成显著降低了蒸汽生成过程中水的对流热损失，赋予SIPH杰出的热定位效应。基于这种多策略耦合设计，SIPH在一个模拟阳光下实现了4.80kgm-2h-1的高蒸发率和95.0%的能源效率。在净化效能方面(图2)，通过对收集的冷凝水分析发现基于SIPH的太阳能水净化技术对于海水主要离子去除率均超过99.996%，对工业废水中6种高浓度金属离子去除率均达到99.999%，净化后苏打盐碱水中的主要阴离子浓度也远低于中国和WHO规定的饮用水标准限值。此外，SIPH在不同水质中均保持了稳定的蒸发速率和优异的抗污染性能。
图1 基于SIPH的太阳能水蒸发原理图
图2. (a)SIPH5在天然海水中连续太阳能脱盐120小时的耐久性测试 插图：太阳能脱盐实验中SIPH5在海水中最初1小时和在海水中浸泡30天后1小时内的质量变化 (b)净化前后天然海水中主要离子浓度和室外太阳能净水系统，该系统在本实验中用于海水淡化、工业废水和苏打盐碱水的净化 (c, d) SIPH5在工业废水(c)和苏打盐碱水(d)中的稳定性和净化能力评估
上述成果发表在纳米材料领域国际顶级学术期刊《Nano Today》(IF=17.4)上，由博士生王斌(第一作者)和祝惠研究员(通讯作者)等共同完成。该研究得到中国科学院创新交叉团队、中国科学院青年创新促进会等项目资助。
论文信息及链接如下：Wang, B., Zhu, H*., Shutes, B. Multi-strategy coupling of custom hydrogel evaporators for sustained, high-efficiency clean water production and anti-pollution. Nano Today, 57 (2024) 102370.https://doi.org/10.1016/j.nantod.2024.102370
