蒸發材料丨吉林化工大學王永鵬教授CEJ論文：一種通過水合調控水–離子相互作用實現太陽能海水淡化的耐鹽多孔蒸發器

2026年5月，國際權威期刊《Chemical Engineering Journal》（CEJ）在線發表了題為 “A salt-resistant porous evaporator for solar desalination enabled by hydration-regulated water–ion interactions” 的研究論文。該研究由吉林化工大學王永鵬教授團隊完成，第一作者為吉林化工大學碩士研究生孔令輝，通訊作者為王永鵬教授。該研究針對太陽能界面蒸發技術在實際海水淡化過程中面臨的鹽分積累、界面結晶以及長期運行穩定性不足等關鍵問題，提出了一種基于水–離子相互作用調控的新型耐鹽多孔蒸發器設計策略。通過構筑活性炭/殼聚糖/聚乙烯醇（AC/CS/PVA）三維多孔泡沫結構，實現了高效太陽能吸收、快速水輸運以及長期抗鹽運行的協同優化。《Chemical Engineering Journal》是Elsevier旗下化學工程領域國際高水平期刊，長期關注能源、環境、催化及先進材料等方向的重要研究成果，在化學工程領域具有較高影響力。

第一作者：孔令輝（吉林化工大學）

通訊作者：王永鵬（吉林化工大學）

通訊單位：吉林化工大學

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.177595

識別上方二維碼訪問論文原文

太陽能驅動界面蒸發技術為解決全球淡水資源短缺提供了一種綠色可持續方案。然而，蒸發界面的鹽積累和晶體形成嚴重限制了其長期應用。本研究通過簡單的發泡-交聯策略構筑了一種三維殼聚糖基多孔泡沫蒸發器，并引入活性炭作為光熱轉換組分，實現高效太陽能吸收和連續水供應。更重要的是，本研究提出了一種“水合層調控水–離子相互作用”機制，通過穩定界面水結構抑制離子脫水過程，同時促進鹽離子向主體溶液反向擴散，從而維持無鹽蒸發界面。優化后的CCA-70-2蒸發器在1 sun條件下實現2.47 kg m?2 h?1的蒸發速率和91.1%的能量效率，并在高鹽環境下表現出優異穩定性。該研究為構建低成本、高穩定性的太陽能海水淡化系統提供了新的設計思路。

隨著全球淡水資源短缺問題不斷加劇，開發綠色、高效、低成本的淡水獲取技術成為實現可持續發展的重要方向。傳統海水淡化技術，如反滲透和熱蒸餾，通常依賴復雜設備和大量能源輸入，在偏遠地區和離網環境中的應用受到限制。近年來，太陽能驅動界面蒸發技術憑借其直接利用太陽能、能耗低以及環境友好等優勢，成為解決水資源短缺問題的重要研究方向。然而，在長期海水淡化過程中，蒸發界面附近容易發生鹽離子富集和晶體沉積，不僅阻礙水傳輸通道，還會導致蒸發效率下降甚至系統失效。因此，如何在保持高蒸發效率的同時，實現長期穩定的抗鹽運行，仍然是太陽能海水淡化領域亟需解決的重要挑戰。

1、成通過發泡-交聯-冷凍干燥策略，實現了CS/PVA聚合物網絡與活性炭光熱材料的有效結合，形成穩定的三維多孔結構，為快速水運輸提供連續通道。

2、研究發現，CS/PVA網絡中的羥基（–OH）和氨基（–NH?）能夠與水分子形成穩定水合環境，調節界面水結構，降低鹽離子脫水和界面富集趨勢。同時，多級孔道促進鹽離子的反向擴散，從而避免蒸發界面鹽結晶。

3、該蒸發器不僅能夠實現高效淡水生產，還能夠利用蒸發過程中產生的溫度梯度實現溫差發電。在太陽光驅動下，CCA-70-2產生穩定熱電輸出，實現太陽能-熱能-電能多能量轉換。。

4、該體系不僅適用于海水淡化，還能夠用于染料廢水以及重金屬污染水處理，展現出實際環境應用價值。

圖1 CCA多孔蒸發器的制備過程及形成機制通過發泡-交聯-冷凍干燥策略構筑活性炭/殼聚糖/聚乙烯醇（AC/CS/PVA）三維多孔泡沫蒸發器。殼聚糖與聚乙烯醇形成穩定親水聚合物網絡，活性炭均勻分散于其中，為太陽能吸收和光熱轉換提供功能組分。

圖1 CCA系列太陽能蒸發器的制備流程及結構形成示意圖。

圖2 CCA蒸發器三維多孔結構及水傳輸性能。（a-d）不同PVA含量CCA樣品的SEM圖像；（e-h）CCA-70-2樣品元素分布圖；（i）水滴在CCA材料表面的動態滲透過程。

圖3 CCA蒸發器的光熱轉換及蒸發性能。圖（a）不同CCA樣品FTIR光譜；（b）不同樣品UV-vis吸收光譜；（c）CCA-70-2與CCA-70光吸收性能對比；（d）太陽能蒸發測試裝置示意圖；（e）1 sun條件下不同樣品水質量變化；（f）表面溫度變化；（g）暗態蒸發速率；（h）蒸發速率及能量效率對比。

圖4 CCA-70-2多功能太陽能蒸發性能及溫差發電。圖（a）不同光照強度下水質量變化；（b）不同光照條件下表面溫度變化；（c）不同光照強度下蒸發性能；（d）循環蒸發穩定性測試；（e）與已報道碳基聚合物蒸發器性能對比；（f）太陽能驅動溫差發電裝置示意圖；（g-i）不同光強下熱電輸出電流、電壓及功率密度變化。

圖5 CCA-70-2高鹽環境抗鹽性能及作用機制：圖（a）不同鹽濃度條件下水質量變化；（b）不同鹽濃度下蒸發速率；（c）不同鹽濃度下紅外熱成像；（d）水合層調控水–離子相互作用抗鹽機制示意圖；（e）低溫DSC分析；（f-g）Raman光譜分析；（h）3.5 wt% NaCl溶液中7天連續蒸發性能；（i）長期運行后蒸發器表面形貌。

圖6 CCA-70-2用于復雜水環境凈化圖6（a）太陽能驅動蒸發–冷凝淡化裝置的實物圖和工作原理示意圖；（b）南海實際海水淡化前后Na?、Mg2?、K?和Ca2?濃度變化，虛線分別表示世界衛生組織（WHO）和美國環境保護署（EPA）規定的飲用水安全標準；（c）含Co2?、Ni2?、Cu2?和Cr3?模擬重金屬廢水凈化前后的離子濃度；（d）連續7天戶外測試期間的平均環境溫度和相對濕度；（e）連續7天戶外測試期間的平均蒸發速率及不同天氣條件下的集水情況；（f–h）CCA-70-2處理模擬染料廢水前后的紫外–可見吸收光譜，其中（f）羅丹明B（RhB），（g）亞甲基藍（MB），（h）甲基橙（MO）。

本研究成功構筑了一種具有高效太陽能蒸發和長期抗鹽能力的三維多孔蒸發器。通過結合：活性炭光熱轉換能力；CS/PVA親水網絡；發泡誘導多級孔結構；水合層調控水–離子相互作用機制；實現了高效、穩定、可持續的太陽能海水淡化。該工作為未來低成本、規模化太陽能水處理系統的發展提供了新的理論依據和技術路徑。

Linghui Kong, Shuyue Feng, Yongpeng Wang, Xin Wang, Mengzhu Liu, Dazhi Sun, Yingyuan Zhang, Haoyue Wu, Yuchen Wu, Tinghui Wu, Xiao Sun, Yilong Wang, Haibo Zhang, Tao Jia, Qingling Wei. A salt-resistant porous evaporator for solar desalination enabled by hydration-regulated water–ion interactions. Chemical Engineering Journal 541 (2026) 177595, https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.177595.

識別上方二維碼訪問論文原文

本推文為公眾號約稿，屬于作者原創，歡迎轉發。

撰稿：孔令輝

編輯：環境與能源功能材料

審核：王永鵬

第一作者：孔令輝，吉林化工大學化學與制藥工程學院2025級碩士研究生。郵箱:klhmail@163.com

通訊作者：王永鵬教授，碩士生導師，博士后，主要從事高分子復合材料結構設計與加工相關領域的研究。截止目前共發表SCI論文及中文核心期刊論文100余篇，總他引次數1000余次。先后主持吉林省科技廳項目等項目10余項，先后被聘為吉林省國家高新技術企業認定評審專家、《化工科技》期刊青年編委、吉林省合成橡膠工程技術科技創新中心學術委員會委員、吉林省化學會第十二屆理事會理事。郵箱：wyp4889@163.com

殼聚糖丨纖維素丨MOF材料丨石墨烯丨碳納米管丨MXenes丨硫化鉬丨催化材料丨蒸發材料丨吸附材料丨電極材料丨除磷材料丨產氫材料

2025年9月，國際TOP期刊《International Journal of Biological Macromolecules》發表了陽光凈水課題組題為“Multifunctional and sustainable chitosan-based interfacial materials for effective water evaporation, desalination, and wastewater purification: A review”的綜述性論文。根據Web of Science檢索，這是國際上首篇全面論述多功能和可持續殼聚糖基界面蒸發材料在廢水處理和水凈化中應用的綜述性論文。本文總結了殼聚糖基太陽能界面蒸發器（CS-SIE）四種類型（水凝膠、氣凝膠、海綿和膜）、五種改性材料和在水污染控制中應用。最后，總結了CS-SIEs在際應用中仍面臨挑戰。《International Journal of Biological Macromolecules》主要聚焦于天然大分子的化學改性及其在生物、環境、制藥、食品等領域的工業應用，最新中科院分區：8.50/二區TOP期刊。

識別上方二維碼查看全文

聲明： 1 、環境與能源功能材料公眾號分享國際生物質（殼聚糖、纖維素、木質素、海藻酸等）功能材料、太陽能蒸發材料、新型吸附材料、碳基（石墨烯、碳納米管、碳量子點、生物炭、富勒烯等）材料、 MOFs/HOFs/COFs 材料、光催化材料、 Fenton 材料、產氫材料等相關前沿學術成果，以及其它相關數據處理方法、論文寫作和論文投稿等信息，無商業用途。2、本公眾號尊重原創和知識產權人的合法權利。如涉及侵權，請立刻聯系公眾號后臺或發送郵件，我們將及時修改或刪除。3 、部分圖片和資源來源網絡或轉摘其它公眾號！凡注明 " 來源： xxx （非本公眾號） " 的作品，均轉載自其它媒體，轉載目的在于傳遞更多信息，并不代表本公眾號贊同其觀點和對其真實性負責，且不承擔此類作品侵權行為的直接責任及連帶責任。 4 、外文文獻翻譯目的在于傳遞更多國際相關領域信息。外文文獻由課題組研究生翻譯，因學識有限，難免有所疏漏和錯誤，請讀者批判性閱讀，也懇請大家批評指正。 5 、歡迎環境與能源材料相關研究成果提供稿件，環境與能源功能材料公眾號將會及時推送。聯系郵箱：EEmaterials@163.com ； 聯系微信號： LeoChuk 。