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隨著人口的(de)(de)增(zeng)(zeng)長和工(gong)業的(de)(de)發展，人類(lei)社會對淡水的(de)(de)需求日益(yi)增(zeng)(zeng)加。然而，與之相反(fan)，由于(yu)環境污染(ran)的(de)(de)影響(xiang)(xiang)，淡水資源日益(yi)匱(kui)乏，甚(shen)至已經開(kai)始對人們的(de)(de)健(jian)康產(chan)生(sheng)影響(xiang)(xiang)。海水淡化為解決淡水危(wei)機提供了一條(tiao)有(you)效和可(ke)靠的(de)(de)途(tu)徑。

近年來飛速發(fa)展的(de)(de)基于表(biao)(biao)面光(guang)熱(re)(re)水(shui)蒸發(fa)的(de)(de)太陽(yang)能光(guang)熱(re)(re)海水(shui)淡化技術可以在只(zhi)需太陽(yang)光(guang)照(zhao)的(de)(de)前(qian)提下(xia)進行海水(shui)淡化，是一種經濟、高效、環保的(de)(de)海水(shui)淡化方法。這種技術通(tong)(tong)常需要將光(guang)熱(re)(re)材料(liao)置于海水(shui)表(biao)(biao)面或(huo)上方，通(tong)(tong)過毛(mao)細管作用將海水(shui)輸送至光(guang)熱(re)(re)材料(liao)上表(biao)(biao)面，在太陽(yang)光(guang)的(de)(de)照(zhao)射下(xia)，光(guang)熱(re)(re)材料(liao)表(biao)(biao)面迅速升溫，使其表(biao)(biao)面的(de)(de)海水(shui)迅速蒸發(fa)。

這種表面(mian)光(guang)熱水蒸發具有(you)極(ji)高(gao)的(de)能量轉化效(xiao)率，因此在海水淡(dan)(dan)化應(ying)用方面(mian)具有(you)很大的(de)前景。現(xian)有(you)的(de)太陽能光(guang)熱海水淡(dan)(dan)化裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)設計通(tong)常(chang)都包(bao)含海水池(chi)、光(guang)熱材料及淡(dan)(dan)水收(shou)集(ji)池(chi)。在海水淡(dan)(dan)化過(guo)程中，需(xu)要在海水淡(dan)(dan)化裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)中注入一定量的(de)海水，使得整個淡(dan)(dan)化裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)總重量增(zeng)加(jia)，同時裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)(zhi)中的(de)液態(tai)海水在移動的(de)過(guo)程有(you)可能濺出從而(er)污染已收(shou)集(ji)的(de)淡(dan)(dan)水，因此很難實現(xian)便攜式海水淡(dan)(dan)化。

為了解決這個問題(ti)，南澳大利亞徐浩蘭研(yan)究員團隊開發設計(ji)了一(yi)種3D柱狀輕質固(gu)體光熱儲水材料同時兼(jian)具(ju)海水吸收儲存(cun)、太陽(yang)能(neng)光熱轉化(hua)和(he)海水蒸發的功能(neng)（圖1）。

圖(tu)(tu)1：光(guang)熱儲水(shui)材料示(shi)意圖(tu)(tu)及實物圖(tu)(tu)

這種(zhong)光(guang)(guang)熱儲(chu)水(shui)材料(liao)由(you)吸水(shui)內(nei)核和(he)基于氧化還原石墨稀及凝(ning)膠的(de)(de)光(guang)(guang)熱外(wai)(wai)殼組(zu)成，光(guang)(guang)熱外(wai)(wai)殼同時(shi)具有鎖(suo)水(shui)功能(neng)，使得內(nei)核儲(chu)存的(de)(de)海(hai)(hai)水(shui)即使受(shou)到輕(qing)度(du)擠壓也(ye)不(bu)會外(wai)(wai)溢(yi)。光(guang)(guang)熱儲(chu)水(shui)材料(liao)儲(chu)存的(de)(de)海(hai)(hai)水(shui)足夠支持1–2天的(de)(de)光(guang)(guang)熱水(shui)蒸發，因此在海(hai)(hai)水(shui)淡化過(guo)程中無需額外(wai)(wai)加(jia)入海(hai)(hai)水(shui)（圖2），使得整個海(hai)(hai)水(shui)淡化裝置(zhi)的(de)(de)設計更加(jia)簡化，重量更輕(qing)，也(ye)沒有純(chun)凈水(shui)再污染(ran)的(de)(de)風(feng)險(xian)，實現便攜式(shi)海(hai)(hai)水(shui)淡化(圖3)。

圖2：光熱(re)儲水材料在模(mo)擬太(tai)陽光照(zhao)下(xia)的水蒸發以及光熱(re)蒸發過程中其(qi)上表(biao)面(mian)和側面(mian)的溫度。

整個蒸發過程(cheng)中無需(xu)補充(chong)海水。

圖3（a）簡易海水(shui)淡(dan)化(hua)裝置示意圖，（b,c）海水(shui)淡(dan)化(hua)裝置戶外測試(shi)

光(guang)熱(re)蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)一段時(shi)間(jian)以(yi)后（1–2天(tian)），只需將光(guang)熱(re)儲水(shui)材料浸(jin)泡于(yu)海(hai)水(shui)3–5分鐘，即可(ke)重新使用。另外(wai)，由(you)于(yu)光(guang)熱(re)儲水(shui)材料無需與外(wai)界海(hai)水(shui)接觸，因(yin)此沒有熱(re)傳遞能(neng)(neng)量損失，同時(shi)材料暴露的(de)(de)表(biao)(biao)面積(ji)(ji)，也(ye)就是吸(xi)光(guang)面積(ji)(ji)和蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)面積(ji)(ji)最大化，從(cong)而(er)大大提高(gao)蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)速度。此外(wai)，光(guang)熱(re)儲水(shui)材料的(de)(de)側面，因(yin)為(wei)在蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)過程(cheng)中(zhong)(zhong)沒有受到陽光(guang)照射，其表(biao)(biao)面溫度低于(yu)環(huan)境溫度（圖2），因(yin)此可(ke)以(yi)從(cong)環(huan)境中(zhong)(zhong)吸(xi)收能(neng)(neng)量用于(yu)驅動蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)，從(cong)而(er)整個蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)體系的(de)(de)能(neng)(neng)量轉換效率極高(gao)。經測試，在一個太(tai)陽光(guang)強垂直(zhi)照射下，光(guang)熱(re)儲水(shui)材料的(de)(de)蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)速率達到4kgm–2h–1(按(an)投影面積(ji)(ji)計(ji)算)，經過一天(tian)的(de)(de)蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)，材料表(biao)(biao)面沒有形(xing)成(cheng)積(ji)(ji)鹽。

該項(xiang)目由(you)南澳大學、南澳大學研究投資計劃：發展基金(Project No.100601)、黑龍江省華(hua)升石墨股(gu)份有限供司（Project No.100085）提供支持。