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隨著人口(kou)的(de)增長和工業的(de)發展，人類社會對淡水(shui)(shui)的(de)需(xu)求(qiu)日益增加。然而，與之相反(fan)，由(you)于環境(jing)污(wu)染的(de)影響(xiang)(xiang)，淡水(shui)(shui)資源日益匱乏(fa)，甚至已經開始(shi)對人們的(de)健康(kang)產生(sheng)影響(xiang)(xiang)。海水(shui)(shui)淡化為解(jie)決淡水(shui)(shui)危機(ji)提供(gong)了(le)一條有效和可靠的(de)途徑。

近(jin)年(nian)來(lai)飛速發展的(de)基于(yu)表面(mian)光(guang)(guang)(guang)熱水(shui)(shui)蒸(zheng)發的(de)太陽能(neng)光(guang)(guang)(guang)熱海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)淡(dan)化技術可以在只(zhi)需太陽光(guang)(guang)(guang)照的(de)前提下進行(xing)海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)淡(dan)化，是一種經濟、高效、環保的(de)海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)淡(dan)化方法。這(zhe)種技術通常需要將光(guang)(guang)(guang)熱材(cai)料(liao)置于(yu)海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)表面(mian)或上方，通過毛細管作(zuo)用將海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)輸送至光(guang)(guang)(guang)熱材(cai)料(liao)上表面(mian)，在太陽光(guang)(guang)(guang)的(de)照射下，光(guang)(guang)(guang)熱材(cai)料(liao)表面(mian)迅速升溫，使其表面(mian)的(de)海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)迅速蒸(zheng)發。

這種(zhong)表面光熱(re)(re)水(shui)(shui)蒸(zheng)發具有(you)極高的(de)(de)(de)能(neng)(neng)量轉化(hua)效率，因此在(zai)海(hai)水(shui)(shui)淡(dan)化(hua)應用方面具有(you)很大的(de)(de)(de)前景(jing)。現(xian)(xian)有(you)的(de)(de)(de)太陽能(neng)(neng)光熱(re)(re)海(hai)水(shui)(shui)淡(dan)化(hua)裝(zhuang)置(zhi)設計通(tong)常都(dou)包含海(hai)水(shui)(shui)池、光熱(re)(re)材(cai)料及淡(dan)水(shui)(shui)收集(ji)池。在(zai)海(hai)水(shui)(shui)淡(dan)化(hua)過程(cheng)中(zhong)，需要在(zai)海(hai)水(shui)(shui)淡(dan)化(hua)裝(zhuang)置(zhi)中(zhong)注入一定(ding)量的(de)(de)(de)海(hai)水(shui)(shui)，使得整個淡(dan)化(hua)裝(zhuang)置(zhi)總重量增加(jia)，同時裝(zhuang)置(zhi)中(zhong)的(de)(de)(de)液態海(hai)水(shui)(shui)在(zai)移動的(de)(de)(de)過程(cheng)有(you)可能(neng)(neng)濺出從而污染已收集(ji)的(de)(de)(de)淡(dan)水(shui)(shui)，因此很難實現(xian)(xian)便攜式海(hai)水(shui)(shui)淡(dan)化(hua)。

為了(le)(le)解(jie)決(jue)這個問(wen)題，南(nan)澳大利(li)亞徐浩蘭研究員團隊開發設計(ji)了(le)(le)一種3D柱狀輕質(zhi)固體光熱(re)儲水(shui)材料同時兼(jian)具海水(shui)吸收(shou)儲存、太陽能光熱(re)轉化(hua)和海水(shui)蒸發的(de)功能（圖1）。

圖(tu)1：光(guang)熱儲水材料示(shi)意(yi)圖(tu)及實物圖(tu)

這種光(guang)熱(re)儲水(shui)材(cai)料(liao)由吸水(shui)內核(he)(he)和基于氧(yang)化還原石(shi)墨稀及凝膠的(de)光(guang)熱(re)外(wai)(wai)(wai)殼組成，光(guang)熱(re)外(wai)(wai)(wai)殼同時具有(you)鎖水(shui)功能，使得(de)內核(he)(he)儲存的(de)海水(shui)即(ji)使受到輕(qing)度擠壓也不會外(wai)(wai)(wai)溢(yi)。光(guang)熱(re)儲水(shui)材(cai)料(liao)儲存的(de)海水(shui)足夠支持1–2天(tian)的(de)光(guang)熱(re)水(shui)蒸發(fa)，因此(ci)在(zai)海水(shui)淡化過程中(zhong)無需額(e)外(wai)(wai)(wai)加入海水(shui)（圖2），使得(de)整個海水(shui)淡化裝置(zhi)的(de)設計更加簡化，重(zhong)量更輕(qing)，也沒有(you)純凈水(shui)再污染的(de)風(feng)險，實現(xian)便攜式海水(shui)淡化(圖3)。

圖2：光熱(re)(re)儲(chu)水材料(liao)在模擬太陽光照(zhao)下的水蒸發以及光熱(re)(re)蒸發過(guo)程中(zhong)其(qi)上(shang)表面和側面的溫度。

整個蒸發過(guo)程中無(wu)需補充海水。

圖(tu)3（a）簡易(yi)海(hai)水淡化裝置示意圖(tu)，（b,c）海(hai)水淡化裝置戶外測試

光熱蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)一段時間以后（1–2天），只需將光熱儲水材(cai)料(liao)浸泡于(yu)(yu)海(hai)(hai)水3–5分(fen)鐘，即可重新使用。另(ling)外，由(you)于(yu)(yu)光熱儲水材(cai)料(liao)無需與外界(jie)海(hai)(hai)水接觸，因此(ci)沒(mei)有(you)熱傳遞能量損失，同(tong)時材(cai)料(liao)暴露的表(biao)面(mian)積，也(ye)就是(shi)吸(xi)光面(mian)積和蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)面(mian)積最大化，從(cong)而(er)大大提高蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)速度。此(ci)外，光熱儲水材(cai)料(liao)的側(ce)面(mian)，因為(wei)在蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)過程中(zhong)沒(mei)有(you)受到陽(yang)光照(zhao)射，其表(biao)面(mian)溫度低于(yu)(yu)環(huan)境(jing)溫度（圖2），因此(ci)可以從(cong)環(huan)境(jing)中(zhong)吸(xi)收能量用于(yu)(yu)驅動蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)，從(cong)而(er)整個蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)體系的能量轉(zhuan)換效率(lv)極(ji)高。經測(ce)試，在一個太陽(yang)光強垂直(zhi)照(zhao)射下，光熱儲水材(cai)料(liao)的蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)速率(lv)達到4kgm–2h–1(按投(tou)影(ying)面(mian)積計算)，經過一天的蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)，材(cai)料(liao)表(biao)面(mian)沒(mei)有(you)形成積鹽(yan)。

該(gai)項(xiang)目(mu)由(you)南澳大學(xue)、南澳大學(xue)研究投(tou)資計劃：發展基金(jin)(Project No.100601)、黑龍江(jiang)省華升石(shi)墨(mo)股份(fen)有限供司（Project No.100085）提供支(zhi)持。