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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。傳統的膜分離技術隨著分離的進行膜孔較易堵塞，從而導致性能急劇下降。近年來，基于光熱材料的太陽能驅動界面蒸發在海水脫鹽、污水處理等領域受到廣泛關注，可望用于油水乳液的處理過程。然而，傳統的蒸發器在蒸發過程中，乳液會通過孔道聚集于蒸發器內，非揮發性乳滴會導致孔道堵塞，影響蒸發；揮發性油滴則會同時蒸發，造成二次污染。

  最近，中山大學楊皓程課題組與浙江大學徐志康教授團隊合作，發展了一種具有薄層復合結構的新型太陽能蒸發器，實現了微/納米有水乳液的高效分離。受植物根系結構以及薄層復合分離膜材料的啟發，研究團隊提出在蒸發器的表面構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散而形成。該蒸發器的工作原理如下：1、表面蒸發過程：蒸發器頂部的光熱轉化層將太陽光轉化為熱用以驅動水分蒸發；2、內部傳遞過程：蒸發導致水上部分凝膠層內部滲透壓升高，促使海綿內水分向表層傳遞，同時封閉連續的海綿內腔形成負壓，驅動水下部分從外吸收水分；3、界面截留過程：在蒸發器內部負壓驅動下，水分連續透過凝膠膜向內傳遞，同時凝膠層物理截留乳滴。此外，凝膠層具有優異的水下抗油性，能夠防止油滴在表面黏附污染。

  在此基礎上，研究人員進一步通過將蒸發器分裂成蒸發器陣列，能夠有效提升水上蒸發面積與水下接觸面積，在標準一個太陽光下蒸發速率可達3.10 kg×m^-2×h^-2，其對不同油水乳液去除率可達99.9%。在戶外實驗中，該蒸發器也能表現出約12 kg×m^-2×day^-1的產水能力。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. 薄層復合光熱蒸發器的設計與制備流程 

圖3. 蒸發器實際分離性能

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