第一作者：李金池（成都理工大学）

通讯作者：李小可（成都理工大学）、程晓婕（四川师范大学）

通讯单位：成都理工大学材料与化学化工学院

DOI：10.1016/j.seppur.2025.133733

成果简介

近日，成都理工大学李小可课题组和四川师范大学程晓婕课题组合作在期刊“Separation and Purification Technology”发表了题为“The solar interfacial evaporation hydrogel for the harmless treatment of fracturing flow-back wastewater”的研究论文。在这项研究中，研究人员以天然生物质材料明胶 （Gel） 和聚乙烯醇 （PVA） 为骨架，成功制备了具有双网络多孔结构的水凝胶 （GPA）。并创新性的将基于 GPA 的界面光蒸发-光催化技术用于压裂返排液（FFW ）的无害化处理。通过在水凝胶制备过程中引入g-C3N4，赋予其光催化性能。同时，原位聚合的吡咯单体不仅提高了蒸发器的光热转换能力，还通过与g-C3N4的协同作用来增强光催化性能。在标准太阳光强下，GPA展现出了3.37 kg m-2 h-1的纯水蒸发速率，并对有机污染物（亚甲蓝 和罗丹明 B ）降解率均达到90%以上。此外，GPA还表现出显著的抗菌活性和抗污染功能，确保了蒸发器的耐久性，在FFW处理方面展现出潜在的应用价值。

研究背景

世界能源发展已进入从化石燃料向新能源转型的关键时期，天然气作为最清洁的化石能源，是转型的最佳“桥梁” 。全球页岩气资源丰富，水平井多级水力压裂技术是页岩气资源开发成熟有效的技术。然后，该技术在页岩气开采中的广泛应用不可避免地会导致大量压裂液在生产过程中返回地表。这些压裂返排废水 （FFW） 本身含有支撑剂和分散剂等化学试剂 ，并与富含有机物的页岩完全接触，导致水质发生变化。如果处理不当，如此大量的 FFW 将不可避免地对自然环境和人类健康产生负面影响。 太阳能驱动的界面蒸发 （SIE） 是一种创新的水处理技术，它利用太阳能为蒸发过程提供动力，减少对化石燃料的依赖并降低能源消耗。该技术通常用于从海水 、苦咸水 或被污染物污染的废水中生产清洁水，这似乎是 FFW 淡化的理想方法。然而，FFW 是一种更特殊且难以处理的废水，因为它不仅含有各种有机小分子污染物，这些污染物往往会积聚在水柱中，甚至可以随蒸汽逸出。而且，它通常具有较高的化学需氧量，很容易导致大量细菌在接触材料上增殖。因此，本研究制备了太阳能界面蒸发水凝胶，将脱盐、污染物降解和抗菌性能融为一体，为FFW的无害化处理提供了新的视角。

研究内容

图1 水凝胶的制备

图2 水凝胶的表征

图3 水凝胶的水管理和光热性能

图4 GPA-2的光催化性能

图5 水凝胶的抗菌性能

图6 FFW的无害化处理

作者简介

第一作者：李金池，成都理工大学材料与化学化工学院2023级硕士研究生。邮箱：lijinchi2002@163.com

通讯作者：李小可，成都理工大学副教授，硕士生导师，西安交通大学博士后，主要从事太阳能光热转换与太阳能热利用技术相关领域的研究，截止目前共发表SCI论文及中文核心期刊论文70余篇，总他引次数超过2000次，H指数为15，并有多篇论文入选ESI热点论文和高被引论文，连续三年入选全球前2%顶尖科学家(2022，2023，2024)。邮箱：xiaokeli319@126.com

程晓婕，四川大学-美国密歇根大学联合培养博士，现为四川师范大学讲师，硕士生导师，主要从事植物与微生物互作、微生物与环境互作等领域的科学研究，已经国内外学术期刊上发表论文20余篇，主持科研项目10余项，邮箱：xjcheng1991@163.com

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.133733