新型海水淡化装置 海水晒晒太阳就能变成淡水

地球表面71%的面积被海洋占据，但海水无法直接作为人类的生活用水。

太阳能光热蒸发技术是实现海水淡化的主要方法之一，但传统的光热转化材料制备复杂、成本高、稳定性低。

据《浙江日报》日前报道，中国科学院宁波工业技术研究院智能高分子材料团队陈涛研究员课题组，研发出了一种新型海水淡化装置，且这一研究成果已刊登在SolarRRL期刊上。

SolarRRL是Advanced Material期刊的子刊。Advanced Material是工程与计算大学科、材料与化学大领域的顶尖期刊。

该新型海水淡化装置呈三维仿生树状结构，课题组技术负责人肖鹏把它称之为“蒸腾树”。它通过模拟植物吸水、蒸腾和冷凝的过程，利用光照促使表面水份蒸发，从而将吸收的海水转化为纯净水。

实验中，将“蒸腾树”放置在盛有海水的大杯里，外部套上塑料容器，在有光照的条件下，塑料容器内壁陆续附着上小水珠，然后滴落到底部的容器中，形成纯净水。

“蒸腾树”主要由三部分构成，包括作为光吸收剂的CP基叶子、用于输水/隔热的纸基茎和用于抽水的纸基根。

CP基叶子可以经受强度较大的弯曲，且折叠过程中不出现明显的断裂。经课题组研究人员测试发现，叠加四层的CP基叶子可以吸收近95%的紫外线、96%的可见光和90%的红外太阳辐射。

光照后，CP基叶子表面的温度可在2分钟内迅速升高至75℃，水分蒸发后，收集到的清水符合世界卫生组织的饮用水标准。

CP基叶子、纸基茎和纸基根这三部分，都主要由高分子材料聚吡咯棉布制成。

聚吡咯是一种轻质高效的光热转换材料，将其覆盖在普通棉织物表面上，可使棉布具有吸水快、蒸发性强等特性，同时该棉布可洗可缝、能重复利用，制作成本较低。

实验室数据表明，由该材料制成的“蒸腾树”可将日常水体的蒸腾速率提升3.5倍以上。1平方米“蒸腾树”7小时可淡化海水超过5千克，能够满足三个普通成年人一天的饮水需求。

蒸腾树”的应用材料及原理。图片来源：SolarRRL

由于聚吡咯棉布具有强大的纤维结构，它可将地下水从纸根持续抽取到叶片表面。因此，该装置除了可以淡化海水外，还可以从沙子等固体基质中提取水分。

这意味着，这种装置在诸如水蒸馏、污水处理，以及在某些沙漠或沼泽条件下的极端水提取场景中，具有巨大的应用潜力。

肖鹏向《浙江日报》表示，这种新型装置本身几乎不耗能，生产加工成本也低，应用前景十分广阔。

据联合国新发布的《世界水发展报告》显示，全球用水量已达到一个世纪前的六倍，预计2050年还将增加20%至50%。

未来，海水淡化将成为化解水资源短缺的重要途径之一。这也成为众多科学人员的研究领域。

上海交通大学的赵斌元副教授课题组与伦敦城市大学乔治丹尼斯助理教授吴卫平博士课题组、牛津大学材料系Robert Bradley教授合作，还研制出了一种太阳能风能海水淡化装置。

地质聚合物介孔碳复合结构用于光热海水蒸发设计示意图。图片来源：上海交通大学材料科学与工程学院

该装置以地质聚合物和生物质介孔碳复合材料为基础。核心是利用大孔结构的地质聚合物进行水传导，再用生物质介孔碳复合材料吸收太阳能。生物质介孔碳主要由生物质秸秆制成。

最后再利用微弱的风能，在蒸发层上方快速形成蒸汽负压，加速水蒸气的蒸发和逃逸。

通过这两种环保材料的组合，该光热蒸发装置在一个标准太阳光照射、3m/s的风速下，每平方米每小时可获得7.55升淡水。