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关键词：界面太阳能蒸汽发电（ISSG, Interfacial solar steam generation）；纤维素气凝胶（Cellulose aerogel）；光热转换材料（Photothermal
conversion materials）；加拿大一枝黄花（Solidago canadensis L.）；多巴胺（Dopamine）研究背景
全球淡水资源稀缺，传统的海水淡化方法如反渗透法存在能耗大、处理后的水质纯度低和膜污染等问题，限制了其大规模应用。太阳能作为一种绿色、安全、高效、可再生的能源，通过转化为光热能、光电能、光生物能和光催化能等形式，为水净化提供了新途径。界面太阳蒸汽发电（ISSG）技术是一种直接有效的水净化方法，但面临高能耗和低效率的挑战。高效、低成本、绿色无污染的光热转换材料是ISSG技术研究的核心，但现有材料存在光吸收能力有限、易受油类污染、制备条件苛刻、原材料成本高、水蒸发率和光热转换效率低、可回收性差等问题。
研究内容
在本项工作中，作者利用入侵植物加拿大一枝黄花（SCL）制备三维交联的基于纤维素的气凝胶（SCL-CA），并使用聚乙烯醇（PEG）作为绿色交联剂。通过在SCL-CA表面原位聚合多巴胺（DA），制备了具有全太阳光谱吸收、超亲水性、抗盐性、可回收性和低成本的PDA@SCL-CA光热转换材料。此外，通过实验验证了PDA@SCL-CA在模拟海水中的高蒸发率（2.05 kg m−2h−1）和光热转换效率（95.5%）。另外，还研究了PDA@SCL-CA在户外环境下的实际应用，展示了其在全太阳光谱吸收、超亲水性、抗盐性、结构稳定性等方面的优势。最后，通过改进蒸发器组件，进一步提高了蒸发器的热转换效率、产水量和经济效益。
图文导读
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图1. (a)界面加热原理以及几种传统加热方法。(b)能源和水的协作和可持续发展。(c)光热材料ISSG原理图。(d)镇江江苏大学周边20公里范围内的河岸、校园、公路边、农田，SCL生长旺盛（江苏，中国，2022）。图2. (a) SCL基纤维素气凝胶作为ISSG光热转化材料的合成示意图（PDA@SCL-CA）。(b) SCL茎粉的SEM图像。(c) SCL粉末提取纤维素的SEM图像。(d)立交桥形状PDA@SCL-CA的SEM图像，插入立交桥图片和SCL-CA图像。(e) e1)低倍率下PDA@SCL-CA的SEM图像。e2)高倍放大下PDA@SCL-CA分层微毛细管单通道的SEM图像。图3. (a) SCL-CA和PDA@SCL-CA的FTIR光谱。(b) SCL-CA和PDA@SCL-CA在250~2500 nm范围内的吸光度。图4. (a) SCL-CA和PDA@SCL-CA的润湿性测试。(b) PDA@SCL-CA输水能力试验。(c) PDA@SCL-CA自洁试验。(d) SCL-CA和PDA@SCL-CA的力学性能测试。图5. 两个气凝胶表面（SCL-CA, PDA@SCL-CA）在0.5太阳下（干燥）(a)， 0.75太阳下（干燥）(b)， 1太阳下（干燥）(c)， 1太阳下（潮湿）(d)的加热过程。图6. (a) ISSG的业务示意图。(b)模拟海水蒸发过程和SCL-CA表面温度随时间的变化。(c)模拟海水蒸发过程及PDA@SCL-CA地表温度随时间的变化。图7. (a) 1个太阳照射下物料的蒸发速率。(b)几种材料的水质量随时间变化的图。(c)以前报告的生物质/衍生光热转换材料和PDA@SAL-CA太阳能蒸汽产生性能。(d)模拟海水中的四种主要离子（Na+、Mg2+、K+和Ca2+）通过PDA@SCL-CA蒸发冷凝。图8. (a)模拟海水蒸发过程随时间增大。(b)室外实验中太阳光照强度、室外温度、水分蒸发速率随时间的函数。(c) PDA@SCL-CA的回收实验。(d)大规模应用的草图。结论与展望
综上所述，通过绿色方法成功制备了基于SCL的光热转换气凝胶，并在ISSG中展示了高效的水蒸发性能。PDA@SCL-CA在模拟海水中实现了高达2.05 kg m−2h−1的蒸发率和95.5%的光热转换效率。通过替换涂层材料为PPY，PPY@SCL-CA也展现了高达1.95 kg m−2h−1的蒸发率和93.7%的效率。未来的研究方向包括改进蒸发器组件以提高热转换效率和产水量，以及添加智能水进出口控制装置，以实现对入侵植物SCL的完全控制并提高工作效率。该研究为缓解淡水危机提供了具有广泛应用前景的光热转换材料。
参考文献：Yun Zhang, Shanhe Gong, Runqing Lu, Ebenezer
Kobina Sam, Lite Huang, Xu Han, Jun Liu, Xiaomeng Lv, Fresh water collection
strategy: Invasive plant-based cellulose aerogels for highly efficient
interfacial solar evaporation. Chemical Engineering Journal 480, 148121 (2024).文献链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.148121声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
