【全球独家】科研人员采用SNTPI技术设计新型光热蒸发膜

(相关资料图)

近日，广东省科学院生态环境与土壤研究所研究员贺斌团队成功采用纳米颗粒牺牲模板法（Sacrificial nanoparticle template with phase inversion，SNTPI）技术设计新型光热蒸发膜。相关研究发表于Desalination。博士后马宇为该论文第一作者，贺斌、马宇为通讯作者。

光热蒸发技术是指通过构建多孔吸光体将光能转化为热能快速蒸发水体，在不消耗化石能源前提下使含盐废水一步变为蒸馏水的水处理技术，也是海水淡化技术的前沿技术。光热蒸发技术的瓶颈是产水量低（蒸发速率，1个太阳光强度下蒸发速率一般小于1 kg·m^?2·h^?1）。

为突破此瓶颈，需设计温度更高且漂浮于水面上的薄膜，用于蒸发其下部含盐废水。具体来讲，为提升薄膜温度，需强化膜光热转换效率；为强化膜光热转换效率，需实现薄膜吸光能力的最大化。然而，太阳光辐照于普通薄膜表面会导致大部分光线发生折射或散射，仅有部分光能转化为热能，导致薄膜吸光能力大幅减弱，最终导致光热蒸发速率（产水量）低下。

在该项工作中，研究人员首次开发出SNTPI技术，通过共混抽滤纳米凝胶与光热转换纳米颗粒后溶解纳米凝胶，在膜内构筑与光波长尺度相似纳米孔道，使光线在膜孔内不断反射吸收，实现光捕获，最终实现了薄膜吸光能力及光热蒸发效率的大幅提升。

结果显示，相较于空白膜，此方法得到的光捕获膜其表面光反射率下降了4.88倍，200-2500 nm波长范围内平均光吸收率高达97.75%。将膜用于海水淡化，1个太阳光强度下产水量可达1.42 kg·m^-2·h^?1，产水含盐量均下降两个数量级以上。

该研究首次以无定型高分子为基础材料，通过高分子稀溶液一步相转化形成纳米凝胶，制备过程简单高效，可操作性强；同时开发了独创的SNTPI法，通过简单的两步式抽滤即可制备光捕获膜，制备过程高效、简便、可控、通用。

上述研究获得国家自然科学基金项目、中国博士后科学基金项目等项目的支持。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.desal.2022.116230