在太阳能驱动的光热蒸馏中，超亲水材料可以促进液态水的快速输送和盐结晶的再溶解。同时，超亲水材料的水化层可以有效隔离各类污染物，在复杂应用环境中保护蒸发器，使蒸发器正常运行。将热量限制在空气/水界面进行局部加热是实现高光热转换效率和高蒸发速率的关键。然而，超亲水性和自漂浮性通常是相互矛盾的。一般来说，超亲水的材料可以被水完全润湿，密度与水相似甚至高于水，从而下沉到水底而无法漂浮在空气/水界面。然而，在海洋中，部分海藻具有超亲水表面和类似水凝胶的结构，但它们仍然能够漂浮在海面进行光合作用。

南开大学曹墨源研究团队、天津大学张雷研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2023年1月刊发表了题目为《抗多种污染的仿海藻全亲水自漂浮太阳能光热蒸发器》的研究性文章，开发了一种全亲水自漂浮（SIFS）的太阳能光热蒸发器。蒸发器中密集填充的空心玻璃微球（HGB）赋予蒸发器独立自漂浮和隔热的性能，不需要额外提供浮力支撑，能将热量集中在空气/水界面。两性离子磺基甜菜碱（ZSB）凝胶作为黏合剂和涂层，使蒸发器具有全亲水性质，从而保证持续的水运输，溶解潜在的盐结晶，克服油污染、微生物腐蚀和蛋白质吸附。文章表明，凭借其独特的全亲水自漂浮性质和优异的抗污性能，该蒸发器有望为新型功能材料的设计和解决复杂环境下光热海水蒸馏的实际问题提供新的思路。

图1 SIFS蒸发器的示意图和表面性质。（a）海藻依靠微气泡结构实现全亲水自漂浮。（b）填充HGB和光热转换材料的全亲水自漂浮蒸发器具有广谱太阳能吸收特性，可实现连续蒸汽产生，并同时克服多种污染物黏附。ZSB单体的分子结构，ZSB、ZSB/G和SIFS水凝胶的光学图像显示在底部（比例尺：1 cm）。漂浮的SIFS蒸发器表面与液态水相连，形成连续的具有坡度的空气/水界面。（c）SIFS水凝胶的截面图，ZSB水凝胶作为黏合剂使HGB密集填充在内部（比例尺：100 μm）。（d）SIFS试样具有超亲水性，干燥的SIFS水凝胶可以快速捕获水滴。（e）离子溶剂化效应诱导的水化层赋予SIFS蒸发器抗多种污染的特性，包括生物黏附、结盐堵塞和油污染。

值得注意的是，干燥的SIFS水凝胶密度约为0.42 g·cm−3，可以被放置在蒲公英上而不影响蒲公英的形态。完全润湿后，SIFS水凝胶密度升高到约0.72 g·cm−3，仍然低于水的密度，因此SIFS水凝胶具有独立且稳定的自漂浮性。尽管纯ZSB水凝胶虽然具有优异的亲水性、生物相容性和防污性，但是力学性能仍然有待提升。即使是高固含量的ZSB水凝胶，其压缩模量也仅有0.11 MPa，这限制了它们在实际复杂环境中的应用。与纯ZSB水凝胶相比，HGB密集填充的 ZSB/G和SIFS水凝胶的压缩模量升高到0.41 MPa，提高了3.56倍。因此，增强的机械强度使一块边长1 cm、厚度5 mm的SIFS蒸发器能够支撑1 kg的重量而不坍塌，有助于保证恶劣环境中蒸发器的耐久性。

总之，文章通过简便的方法将ZSB、HGB和炭黑（CB）集成在一起，开发了一种全亲水但可以独立漂浮的SIFS蒸发器，可实现稳定的太阳能海水蒸馏，适合在实际环境中长期使用。文章指出，SIFS蒸发器可以实现1.35 kg·m−2·h−1的蒸发速率和63.27%的光热转换效率，有望满足社会不断增长的淡水需求，为复杂环境条件下的海水淡化和废水净化提供解决思路。

以上内容来自：Chiyu Wen, Hongshuang Guo, Yingnan Zhu, Haoyu Bai, Weiqiang Zhao, Xinsheng Wang, Jing Yang, Moyuan Cao, Lei Zhang. Fully Superhydrophilic, Self-Floatable, and Multi-Contamination-Resistant Solar Steam Generator Inspired by Seaweed [J]. Engineering, 2023, 20(1): 153-161.

原文链接：https://www.engineering.org.cn/en/10.1016/j.eng.2021.06.029