東北地理所在太陽能驅(qū)動高鹽廢水凈化領(lǐng)域取得新進展
高鹽廢水處理是水污染凈化領(lǐng)域面臨的重大挑戰(zhàn)。高鹽廢水通常含有高濃度的氯化鈉或其他鹽離子，不僅增加了水處理的復(fù)雜性，還可能對處理設(shè)施造成腐蝕或結(jié)垢等問題。傳統(tǒng)處理方法，如反滲透技術(shù)，雖然能有效去除鹽分，但在處理過程中會遇到膜污染、能耗高和廢水回收率低等問題。因此，研究新型材料或技術(shù)來提升高鹽廢水處理效率和可持續(xù)性具有重要意義。
東北地理所水環(huán)境污染與防治研究團隊與清華大學(xué)曲良體團隊合作開發(fā)了一種具有分級結(jié)構(gòu)的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠（DNH），該水凝膠通過多機制協(xié)同交聯(lián)工藝制備，具有高蒸發(fā)速率和超耐鹽性（圖1）。分級結(jié)構(gòu)的形成不僅優(yōu)化了蒸發(fā)表面的持續(xù)供水，還增強了光的吸收。通過調(diào)節(jié)水凝膠網(wǎng)絡(luò)中酰胺基團（?CONH2）的數(shù)量，實現(xiàn)了高效的水活化。因此，在1 sun條件下實現(xiàn)了4.0 kg m?2 h?1的高蒸發(fā)速率和超耐鹽性，即使在高濃度鹽水（25 wt% NaCl溶液）中連續(xù)蒸發(fā)12 h后，仍能保持與純水相同的蒸發(fā)速率。
圖1 具有分級結(jié)構(gòu)的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠DNH,實現(xiàn)高蒸發(fā)速率和超耐鹽性
在實際應(yīng)用中，DNH對重金屬污染的工業(yè)廢水（圖2a）、蘇打鹽堿水（圖2b）都表現(xiàn)出極好的處理效果。采用中國北方近海海水進行了戶外太陽能淡化實驗，結(jié)果顯示，水體中Na+、Mg2+、K+、Ca2+、B3+、HCO3?、SO42?和Cl?的含量在處理后分別為 0.025、0.014、0.023、0.037、0.001、6.995、0.079和0.157 mg/L，對應(yīng)的去除率分別為99.999%、99.999%、99.994%、99.990%、99.957%、95.062%、99.996% 和99.999%（圖2d）。凈化水中各種離子的濃度遠低于中國和WHO規(guī)定的飲用水標準限值。此外，DNH具有良好的除菌效果（圖2e），以及水下超疏油性，其對菜籽油、大豆油、玉米油和三種油性溶劑的接觸角均超過145°（圖2f），實現(xiàn)了優(yōu)異的防污能力，體現(xiàn)了其廣泛的應(yīng)用潛力。
圖2 基于DNH的太陽能水凈化技術(shù)體系及效果評估。(a)DNH在重金屬污染廢水中的穩(wěn)定性評估；(b)DNH在鹽堿廢水中的穩(wěn)定性評估；(c)清潔水收集裝置；(d)初始和凈化后海水中主要離子濃度；(e)基于DNH的太陽能水凈化體系的除菌效果；(f) DNH4的油污抗性測試；(g) DNH防污機制示意圖。
上述成果發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Advanced Functional Materials》（Nature Index期刊，IF2023=18.5），由博士研究生王斌（第一作者）、祝惠研究員（通訊作者）和清華大學(xué)曲良體教授（共同通訊作者）等共同完成。該研究得到國家重點研發(fā)計劃（2024YFF0506000）、國家自然科學(xué)基金（No. 52073159）、中國科學(xué)院創(chuàng)新交叉團隊項目（No. JCTD-2020-14）等資助。
論文信息及鏈接如下：Bin Wang,Huhu Cheng,Hui Zhu*,Liangti Qu*. Hierarchically structured hydrogels for rapid solar vapor generation with super resistance to salt. Advanced Functional Materials,2025,2500459.https://doi.org/10.1002/adfm.202500459
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