“界面太阳能蒸发”技术利用太阳能生产淡水,是实现“零液体排放”水处理的理想路径之一。其核心挑战在于蒸发器件的“盐分自管理”能力,即如何防止盐分在蒸发界面结晶导致堵塞。受自然界结构的启发,具有多级孔道的“石灰石”基材料,被证明是构建高效、抗结垢蒸发器理想“水输运结构”的候选者。

石灰石(碳酸钙)本身可以通过仿生合成或天然改性,形成从纳米到微米尺度的多级孔隙结构。这种结构在界面蒸发系统中具有独特优势:
- 高效水输运:其丰富的亲水微孔和毛细通道,能够像植物的维管束一样,将下层水体持续、快速地泵送至蒸发界面,确保稳定的水供应和高蒸发速率。
- 独特的盐分自管理:石灰石材料表面的化学性质和多孔结构,可以巧妙地实现“盐分自管理”。一方面,其微孔道内的快速水流可能将析出的盐晶核冲刷回本体溶液中。另一方面,通过对表面进行疏水/亲水图案化设计,可以诱导盐分在非蒸发区域的特定“盐结晶区”析出,从而保护核心蒸发界面不受影响。
- 光热转换性能:纯净的碳酸钙虽为白色,但通过与碳材料、金属氧化物等光热剂复合,可以轻易地被赋予高效的全光谱太阳光吸收能力,实现光热转换。
当一个基于石灰石的蒸发器漂浮于高盐废水上时,它能够同时实现两个目标:上层通过太阳能蒸发产生清洁的淡水蒸气;下层通过其结构实现的“盐分自管理”功能,将浓缩的盐分定向排出或收集,最终实现废水的浓缩和淡水回收,趋近于“零液体排放”的目标。

这一技术将天然矿物的结构特性与前沿的水处理需求相结合,为处理内陆工业废水、煤矿渗滤液等难处理高盐废水,提供了一条低能耗、可持续的解决思路。