伴隨著可持續(xù)發(fā)展觀念普及，生物聚合物氣凝膠因具有高密度的特定基團以及高生物相容性成為材料科學的研究熱點。在眾多生物質聚合物材料中，殼聚糖是自然界僅次于纖維素的第二大豐富的聚合物。更重要的是，殼聚糖分子結構中含有大量的氨基，使其具有一些獨特的性質：較好的水溶性，氨基在水性酸溶劑中可以被質子化為NH₃⁺，促使其發(fā)生溶解，這使得通過自下而上的分子方法設計構建微納米結構的各種途徑成為可能；氨基具有高的化學反應活性和生物醫(yī)用功能；氨基可以作為N摻雜碳材料的氮源。

　　中國科學院理化技術研究所課題組基于殼聚糖氣凝膠設計了一種集光吸收、熱管理、水傳輸和耐鹽性于一體的可持續(xù)蒸發(fā)器。相關研究成果發(fā)表在Chemical Engineering Journal Advances上。

　　研究人員通過簡單的沉積法制備了殼聚糖氣凝膠-碳納米管（CA-CNT） 雙層結構的太陽能界面蒸發(fā)器。親水性CA基材具有低導熱性和垂直排列的孔道結構，有利于提升蒸發(fā)器的蒸發(fā)效率、水傳輸能力和耐鹽性。上層CNT顯示出95.04%的出色太陽光吸收率。在一個太陽能強度下（1 kw·m^-2），蒸發(fā)器的蒸發(fā)速率為1.55 kg·m^-2·h^-1。在室外自然光條件下測試其實際適用性，淡水產量為7.15 kg·m^-2·d^-1，可以滿足三個成年人一天的需水量。此外，該蒸發(fā)器還表現(xiàn)出良好的重金屬和染料污水凈化能力。這項工作為從海水和污水中獲取淡水提供了一種簡單的策略。

　　為了進一步提升蒸發(fā)器的蒸發(fā)性能和耐鹽性，課題組采用一鍋原位策略和徑向冷凍法制備得到了具有徑向孔道的殼聚糖/碳納米管氣凝膠，并使用無塵紙棒作為一維向上水傳輸?shù)耐ǖ?，從而構建了一種新型3D結構的太陽能界面蒸發(fā)器（R-CSC）。相關研究成果發(fā)表在Chemical Engineering Journal上。

　　該蒸發(fā)器獨特的水傳輸路徑可以增強其頂部鹽溶液的徑向傳輸并使鹽分在頂部邊緣定向沉積，從而實現(xiàn)零液體排放和鹽分的收集。通過實驗和熱力學計算證明，增加蒸發(fā)器的高度可以有效提高蒸發(fā)性能。對于直徑為1.7 cm的R-CSC蒸發(fā)器，當蒸發(fā)器高度增加到3 cm時，太陽能蒸發(fā)速率高達2.93 kg·m^-2·h^-1，太陽能蒸發(fā)效率為97.86 %。

　　此外，研究團隊還系統(tǒng)性研究了相對濕度對3D蒸發(fā)器蒸發(fā)性能的影響。并在此基礎上，進一步研究了材料特性、水體溶液和工作環(huán)境對蒸發(fā)器鹽沉積行為的影響，從而指導研究人員根據(jù)具體條件進行合理設計，實現(xiàn)邊緣定向鹽沉積。

殼聚糖氣凝膠-碳納米管雙層結構蒸發(fā)器的耐鹽機理、蒸發(fā)性能和海水淡化性能

3D殼聚糖/碳納米管氣凝膠蒸發(fā)器的定向鹽沉積機理和鹽沉積行為調控