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  相較于微米尺寸的油水乳液，具有亞微米/納米尺寸的乳液分離更具挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的膜分離技術(shù)隨著分離的進(jìn)行膜孔較易堵塞，從而導(dǎo)致性能急劇下降。近年來，基于光熱材料的太陽能驅(qū)動界面蒸發(fā)在海水脫鹽、污水處理等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，可望用于油水乳液的處理過程。然而，傳統(tǒng)的蒸發(fā)器在蒸發(fā)過程中，乳液會通過孔道聚集于蒸發(fā)器內(nèi)，非揮發(fā)性乳滴會導(dǎo)致孔道堵塞，影響蒸發(fā)；揮發(fā)性油滴則會同時蒸發(fā)，造成二次污染。

  最近，中山大學(xué)楊皓程課題組與浙江大學(xué)徐志康教授團(tuán)隊合作，發(fā)展了一種具有薄層復(fù)合結(jié)構(gòu)的新型太陽能蒸發(fā)器，實現(xiàn)了微/納米有水乳液的高效分離。受植物根系結(jié)構(gòu)以及薄層復(fù)合分離膜材料的啟發(fā)，研究團(tuán)隊提出在蒸發(fā)器的表面構(gòu)建一層薄且致密的分離層，一方面能夠有效截留原液中的油滴，另一方面不會過度阻礙水分的傳輸，導(dǎo)致水供給不足。其中，凝膠薄層通過海藻酸鈉與氯化鈣的在海綿表面的相對擴(kuò)散而形成。該蒸發(fā)器的工作原理如下：1、表面蒸發(fā)過程：蒸發(fā)器頂部的光熱轉(zhuǎn)化層將太陽光轉(zhuǎn)化為熱用以驅(qū)動水分蒸發(fā)；2、內(nèi)部傳遞過程：蒸發(fā)導(dǎo)致水上部分凝膠層內(nèi)部滲透壓升高，促使海綿內(nèi)水分向表層傳遞，同時封閉連續(xù)的海綿內(nèi)腔形成負(fù)壓，驅(qū)動水下部分從外吸收水分；3、界面截留過程：在蒸發(fā)器內(nèi)部負(fù)壓驅(qū)動下，水分連續(xù)透過凝膠膜向內(nèi)傳遞，同時凝膠層物理截留乳滴。此外，凝膠層具有優(yōu)異的水下抗油性，能夠防止油滴在表面黏附污染。

  在此基礎(chǔ)上，研究人員進(jìn)一步通過將蒸發(fā)器分裂成蒸發(fā)器陣列，能夠有效提升水上蒸發(fā)面積與水下接觸面積，在標(biāo)準(zhǔn)一個太陽光下蒸發(fā)速率可達(dá)3.10 kg×m^-2×h^-2，其對不同油水乳液去除率可達(dá)99.9%。在戶外實驗中，該蒸發(fā)器也能表現(xiàn)出約12 kg×m^-2×day^-1的產(chǎn)水能力。該工作以“Solar-Driven Evaporators with Thin-Film-Composite Architecture Inspired by Plant Roots for Treating Concentrated Nano-/Submicrometer Emulsions”為題發(fā)表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。論文第一作者為碩士生吳紹霖和陸楓，通訊作者為楊皓程副教授。 

圖1. 薄層復(fù)合光熱蒸發(fā)器的設(shè)計與制備流程 

圖3. 蒸發(fā)器實際分離性能

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c16093