東北地理所在太陽能驅動高鹽廢水凈化領域取得新進展
高鹽廢水處理是水污染凈化領域面臨的重大挑戰。高鹽廢水通常含有高濃度的氯化鈉或其他鹽離子，不僅增加了水處理的復雜性，還可能對處理設施造成腐蝕或結垢等問題。傳統處理方法，如反滲透技術，雖然能有效去除鹽分，但在處理過程中會遇到膜污染、能耗高和廢水回收率低等問題。因此，研究新型材料或技術來提升高鹽廢水處理效率和可持續性具有重要意義。
東北地理所水環境污染與防治研究團隊與清華大學曲良體團隊合作開發了一種具有分級結構的雙網絡水凝膠（DNH），該水凝膠通過多機制協同交聯工藝制備，具有高蒸發速率和超耐鹽性（圖1）。分級結構的形成不僅優化了蒸發表面的持續供水，還增強了光的吸收。通過調節水凝膠網絡中酰胺基團（?CONH2）的數量，實現了高效的水活化。因此，在1 sun條件下實現了4.0 kg m?2 h?1的高蒸發速率和超耐鹽性，即使在高濃度鹽水（25 wt% NaCl溶液）中連續蒸發12 h后，仍能保持與純水相同的蒸發速率。
圖1 具有分級結構的雙網絡水凝膠DNH,實現高蒸發速率和超耐鹽性
在實際應用中，DNH對重金屬污染的工業廢水（圖2a）、蘇打鹽堿水（圖2b）都表現出極好的處理效果。采用中國北方近海海水進行了戶外太陽能淡化實驗，結果顯示，水體中Na+、Mg2+、K+、Ca2+、B3+、HCO3?、SO42?和Cl?的含量在處理后分別為 0.025、0.014、0.023、0.037、0.001、6.995、0.079和0.157 mg/L，對應的去除率分別為99.999%、99.999%、99.994%、99.990%、99.957%、95.062%、99.996% 和99.999%（圖2d）。凈化水中各種離子的濃度遠低于中國和WHO規定的飲用水標準限值。此外，DNH具有良好的除菌效果（圖2e），以及水下超疏油性，其對菜籽油、大豆油、玉米油和三種油性溶劑的接觸角均超過145°（圖2f），實現了優異的防污能力，體現了其廣泛的應用潛力。
圖2 基于DNH的太陽能水凈化技術體系及效果評估。(a)DNH在重金屬污染廢水中的穩定性評估；(b)DNH在鹽堿廢水中的穩定性評估；(c)清潔水收集裝置；(d)初始和凈化后海水中主要離子濃度；(e)基于DNH的太陽能水凈化體系的除菌效果；(f) DNH4的油污抗性測試；(g) DNH防污機制示意圖。
上述成果發表在國際權威期刊《Advanced Functional Materials》（Nature Index期刊，IF2023=18.5），由博士研究生王斌（第一作者）、?；菅芯繂T（通訊作者）和清華大學曲良體教授（共同通訊作者）等共同完成。該研究得到國家重點研發計劃（2024YFF0506000）、國家自然科學基金（No. 52073159）、中國科學院創新交叉團隊項目（No. JCTD-2020-14）等資助。
論文信息及鏈接如下：Bin Wang,Huhu Cheng,Hui Zhu*,Liangti Qu*. Hierarchically structured hydrogels for rapid solar vapor generation with super resistance to salt. Advanced Functional Materials,2025,2500459.https://doi.org/10.1002/adfm.202500459
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