研究背景

随着人口的增长，对淡水资源的需求也在增加。海水淡化是满足人类淡水需求的关键解决方案，如何安全高效地利用海水是一个亟待解决的问题。传统的蒸馏方法和反渗透膜技术用于海水淡化]的特点是高能耗和高成本，这使得满足环境友好要求具有挑战性。太阳能海水淡化技术（SPDT）具有安全、环保、低能耗等优点，具有重要的应用前景。SPDT的方法吸收太阳光并将太阳能转化为热能以产生水蒸气。通过将热量集中在水-空气界面，这种方法提高了蒸发效率，同时有效地利用了太阳能，为淡水资源的可持续发展提供了有效的解决方案。目前，提高太阳能利用率，提高海水淡化效率，防止盐沉积是选择蒸发材料时的关键考虑因素。蒸发器的光热转换层决定了太阳能的吸收效率。光热转换材料，如碳基材料，金属纳米材料和半导体聚合物广泛用于海水淡化应用。然而，光热转换材料通常表现出疏水性，当它们独立地漂浮在水面上时，这会导致热传导损失。因此，光热转换材料通常与亲水性、低热导率的支撑材料组合。

研究结果

综上所述，本研究利用天然材料竹荪和丝胶的协同效应来制造SCNT/TiO2@PAMDIC蒸发器，该蒸发器具有诸如高效水传输、盐排斥、抗菌性能、耐油性、抗压强度、耐酸碱性和耐久性的优点。目标是实现高效的太阳能脱盐和多功能水净化。采用简单的溶胶-凝胶法制备了CNT/TiO2复合材料，在提高光热转化效率的同时光催化降解亚甲基蓝。由于丝胶蛋白的双向交联作用，使其能够与CNT/TiO2和聚丙烯酰胺结合，形成包覆在竹荪表面的水凝胶。在1个太阳下，SCNT/TiO2 @PAM-DIC实现了93.0%的光热转换效率，2.495 kg m-2 h-1的蒸发速率，以及83.5%的亚甲基蓝光催化降解效率。更重要的是，SCNT/TiO2 @PAM-DIC在恶劣环境中保持稳定的蒸发性能，能够实现含油废水、有机染料和酸碱溶液的净化。采用丝氨酸蛋白酶-聚丙烯酰胺水凝胶包覆竹荪的策略为生物质材料在海水淡化领域的长期应用提供了一条有效途径。这些结果表明，SCNT/TiO2 @PAM-DIC的蒸发器，通过竹荪和丝胶的协同效应增强，具有在恶劣环境下的太阳能驱动海水脱盐的巨大潜力。

研究数据

图1.介绍了SCNT/TiO2 @PAM-DIC的工作原理。

图2.(a)竹荪的三维图像。(b)SCNT/TiO2 @PAM-DIC的具体制备过程。(c)SCNT/TiO2 @PAM-DIC的性能。

图3.(a)竹荪的照片。(b)冻干DIC的多孔结构。(c)DIC表面的SEM图像。(d)C、O和N元素的EDS映射图像。(e)DIC的横截面图像。(f)DIC横截面的SEM图像。(g)SCNT/TiO2 @PAM-DIC的示意图。(h-i)SCNT/TiO2 @PAM-DIC的表面的SEM图像。

图4.(a)DIC、S@PAM-DIC和SCNT/TiO2 @PAM-DIC的FTIR光谱、（B）XPS光谱、（c）高分辨率 Ti2p 光谱和（d1-d3）高分辨率 C1s 光谱。

图5.(a)本文研究了分散染料。（DIC）和SCNT/TiO2 @PAM-DIC体系的水循环性能。(b)研究了TiO2/TiO2/PAM-DIC复合材料的紫外光催化性能。(c)水分迁移试验。

图6.(a)DIC、S@PAM-DIC和SCNT/TiO2@PAM-DIC的光降解速率。(b)光催化降解过程中水的质量变化。(c)光催化降解过程中收集的水的照片。(d)Hinshelwood模型模拟结果。(e)光催化降解机理。

https://doi.org/10.1016/j.desal.2025.118849

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