研究背景
全球淡水资源稀缺，特别是考虑到大部分水体为海水，以及大量的水污染问题。传统的淡水生产方法依赖于大量的化石燃料消耗，成本高且对环境造成压力。太阳能界面蒸发技术因其低成本和环境友好性而受到关注，能够直接利用太阳能产生淡水。但太阳能界面蒸发系统（SIE）需要高效的光热材料来吸收太阳能并转换为热能，以提高水蒸发效率。现有的光热材料如金属纳米材料价格昂贵且不稳定，半导体和等离子材料通常需要在基底上原位生长，限制了其应用。聚吡咯（PPy）作为一种有机半导体，具有优异的光热转换能力，但需要通过合适的方法沉积在适当的基底上以实现最佳效果。
研究内容
在本项工作中，作者设计了一种太阳能蒸发器，包括用于水收集的海绵层和涂有PPy的单面绒布（PPy@SSF），用于阳光吸收。PPy@SSF通过化学氧化聚合方法制备，使用铁柠檬酸作为氧化剂。研究了不同PPy沉积量对PPy@SSF光热性能的影响。测试了PPy@SSF在模拟太阳光下的蒸发性能，以及在不同NaCl溶液中的耐盐性和稳定性。实验评估了PPy@SSF在户外自然光下的蒸发性能，以及在处理模拟海水和含重金属离子的污水方面的应用。
图文导读
图1. 太阳能界面蒸发系统（SIE）与界面加热能量转换。
图2. SSF (a1, a2), PPy@SSF-200 (b1, b2), PPy@SSF-50 (c1, c2), PPy@SSF-100 (d1, d2), PPy@SSF-300 （e1, e2）在不同倍率下的扫描电镜图像。C， O， N， Fe对PPy@SSF-200 （f−i）的映射像。
图3. SSF和PPy@SSF-200的XRD谱图(a)、拉曼光谱(b)、X射线光电子能谱(c)和C 1s、N 1s和O 1s的高分辨率XPS（d−f）。
图4. SSF和PPy@SSF-200的吸光度光谱(a)， SSF和PPy@SSF-200的反射光谱(b)， PPy@SSF-200在前表面的接触角(c)，以及SSF和PPy@SSF-200在0和3min时的热像（d1−e2）。
图5. 4个太阳作用下PPy@SSF上水的质量变化(a)、蒸发速率和能量效率(b)图；在不同太阳辐照强度下，水的质量变化(c)、温度变化(d)、水的蒸发速率和能源效率(e)；1个太阳下PPy@SSF-200上的水蒸发速率与先前报道的相同光热材料上的水蒸发速率的比较(f)。
图6. 4个太阳下水的质量变化(a)、能量效率和水的蒸发速率(b)；PPy@SSF-200上的水在不同NaCl溶液中的蒸发速率和效率(c)，在3.5 wt % NaCl溶液中的循环产汽实验(d)；不同NaCl溶液在1个太阳下在PPy@SSF-200 (e)上的结晶情况照片。
图7. 室外实验中PPy@SSF-200的质量变化和太阳辐照(a)、离子净化示意图(b)、净化前后模拟海水中4种主离子浓度(c)、净化前后工业废水中4种重金属离子(d)。
结论与展望
在本研究中，作者采用化学氧化法将吡咯聚合到单面法兰绒表面，将其转化为光热界面。三聚氰胺海绵既作为支撑，又作为隔热层，以减轻热量损失。在室外自然照射下，该系统显示出令人印象深刻的日水量8.12 kg m-2。值得注意的是，它在高强度阳光和高浓度盐水环境中表现出显著的稳定性和耐盐性。预计该装置在海水淡化和去除污水中的重金属离子方面的效率很高，浓缩水中的离子浓度大大低于世界卫生组织（世卫组织）规定的水平。本研究提出了一种新的方法来解决海水淡化和污水处理的挑战，特别是重离子污染。
