化学与制药工程学院李晨蔚团队2022级硕士研究生赵德民在基于三维梯度石墨烯气凝胶构建高效太阳能蒸发器研究方面取得进展。相关成果以“三维梯度石墨烯气凝胶用于高效太阳能海水淡化和零液体排放脱盐（Gradient Graphene Spiral Sponges for Efficient Solar Evaporation and Zero Liquid Discharge Desalination with Directional Salt Crystallization）”为题，于2024年3月15日发表在国际知名学术期刊《先进科学》（Advanced Science）上，论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202400310。
淡水资源短缺已成为21世纪全球面临的重大挑战之一。海水淡化技术为解决这一问题提供了重要途径，但是浓盐废水的排放不可避免地给生态环境带来了潜在威胁。近年来，太阳能界面蒸发技术因其环保和高效的特点，已成为最有前景的海水淡化技术之一。然而，在海水淡化过程中，太阳能蒸发器表面的盐分结晶问题已成为限制其蒸发性能和使用寿命的主要障碍。因此，设计一种能够高效、连续处理高浓度盐水，并实现零液体排放脱盐的太阳能蒸发器，是一个巨大的挑战。
面对上述挑战，化学与制药工程学院李晨蔚教授团队首次提出了一种创新策略：结合太阳光还原和常压干燥技术，制备了具有梯度网络结构的三维石墨烯气凝胶。这种气凝胶在太阳能蒸发高浓度盐水方面展现出卓越的性能，并成功实现了零液体排放脱盐。该三维石墨烯气凝胶的螺旋结构显著增强了能量回收效率，其梯度网络结构则促进了盐水的径向输送和定向盐结晶。这两种结构的完美结合，使得气凝胶在太阳能蒸发（6.5 kg m-2 h-1）、盐收集（1.5 kg m-2 h-1）、零液体排放脱盐，以及长期耐久性（在20 wt% 盐水中连续蒸发144小时）方面均表现出色。在室外实验下，该气凝胶表现出3.1 kg m-2 h-1的超高产水速率，这一性能是目前报道的太阳能海水淡化装置中最佳的产水性能。此外，研究团队还展示了一种基于该气凝胶的连续脱盐灌溉系统，该系统在偏远地区具有巨大的应用潜力，有望推动可持续的农业灌溉领域的发展。
这一策略为开发用于太阳能海水淡化和零液体排放盐水处理的高性能和低成本蒸发器开辟了新的可能性。这项工作不仅展示了一种新颖的太阳能蒸发器设计，并为设计耐盐高效的下一代太阳能海水淡化装置提供了重要的科学依据。
bobapp1中国有限公司化学与制药工程学院2022级硕士研究生赵德民为本文第一作者，李晨蔚教授与丁美春副教授为本文共同通讯作者，bobapp1中国有限公司为本文第一完成单位。该研究得到了泰山学者青年专家项目（tsqn202306267）、国家自然科学基金项目（51802168）、山东省自然科学基金（ZR2023ME172）和bobapp1中国有限公司拔尖人才的资助。
供稿：化学与制药工程学院 科研部
