东华科研新成果！仿生光热织物可用于海水淡化？
东华科研新成果！仿生光热织物可用于海水淡化？
东华大学研究团队近日在仿生光热织物领域取得重要突破，成功开发出一种新型光热织物，可在太阳能驱动下实现高效海水淡化。这一创新成果为全球淡水资源短缺问题提供了新的解决方案。
太阳能海水淡化已成为缓解淡水危机的绿色策略，而高效持续地蒸发海水是其应用的关键。东华大学先进纤维材料全国重点实验室、材料科学与工程学院的研究团队设计了一种仿生光热织物，以单根聚酯（PET）纤维为原料，通过编织技术将其制成二维织物，并赋予三层结构，促进织物四面同时蒸发，仿佛植物叶片的蒸腾作用，剩余海水浓缩为卤水从织物底部滴落，避免盐结晶，实现了高效持续蒸发。
研究团队以商用聚酯（PET）单根纤维为原料，通过编织技术构筑了二维PET织物，呈现出典型的三层结构（上层织物、下层织物、上下层间短纤维柱状带来的空气层）。随后，利用碳/高分子水凝胶对织物进行表面修饰，并通过激光在织物顶层雕刻气孔阵列，最终获得类树叶结构的光热织物（CPP-H）。
实验结果显示，CPP-H织物的太阳光吸收率显著提升至96.1%，展现出低热损失和优异的光热转换性能，为高效太阳能海水蒸发提供了理想的光热平台。此外，织物表面富含极性官能团，可通过氢键和静电相互作用调控表面水分子状态，从而显著降低水分子“逃逸”所需能量，进一步降低蒸发焓和提升蒸发效率。
随后，将CPP-H织物斜挂在高海水槽和低空槽之间，组装成向光斜挂蒸发器。高水槽的海水会渗透织物边缘，沿着斜挂织物的底层和顶层流动，实现了从高海水槽向低空槽的海水传输。阳光照射下，织物吸收太阳光并将其转化为热，促使海水在顶层的上表面（平面I）、顶层的下表面（平面II）、底层的上表面（平面III）和底层的下表面（平面IV）四个平面同步蒸发。其中，外平面（I和IV）的蒸汽可直接扩散至大气中，而内平面（II和III）的蒸汽则沿中间层传输，并通过顶层孔阵列扩散至外部环境。CPP-H织物的蒸发模式模拟了植物叶片的蒸腾过程。蒸发后剩余的海水被浓缩为盐水，并滴落至低空收集槽，从而有效避免蒸发器内部盐结晶积累。
实验结果表明，该三层光热织物在1.0 kW m-2 光照下蒸发速率可达2.6 kg m-2 h-1，性能优于基于类似材料的传统漂浮模型（单平面蒸发，1.6 kg m-2 h-1）、单层织物悬挂模型（双平面蒸发，1.9 kg m-2 h-1）或三层织物（四平面蒸发无蒸汽通道，2.2 kg m-2 h-1）。
未来，团队将深入探索光热织物的组分、微纳结构等对光吸收、光热转换、蒸发过程的影响规律，进一步优化蒸发速度并降低淡水生产成本，旨在为太阳能海水淡化走向产业化奠定基础，助力构建淡水供给绿色体系。
论文原文链接：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202420482
本文原文来自澎湃号