第一作者：李金池（成都理工大學）

通訊作者：李小可（成都理工大學）、程曉婕（四川師范大學）

通訊單位：成都理工大學材料與化學化工學院

DOI：10.1016/j.seppur.2025.133733

成果簡介

近日，成都理工大學李小可課題組和四川師范大學程曉婕課題組合作在期刊“Separation and Purification Technology”發表了題為“The solar interfacial evaporation hydrogel for the harmless treatment of fracturing flow-back wastewater”的研究論文。在這項研究中，研究人員以天然生物質材料明膠 （Gel） 和聚乙烯醇 （PVA） 為骨架，成功制備了具有雙網絡多孔結構的水凝膠 （GPA）。并創新性的將基于 GPA 的界面光蒸發-光催化技術用于壓裂返排液（FFW ）的無害化處理。通過在水凝膠制備過程中引入g-C3N4，賦予其光催化性能。同時，原位聚合的吡咯單體不僅提高了蒸發器的光熱轉換能力，還通過與g-C3N4的協同作用來增強光催化性能。在標準太陽光強下，GPA展現出了3.37 kg m-2 h-1的純水蒸發速率，并對有機污染物（亞甲藍 和羅丹明 B ）降解率均達到90%以上。此外，GPA還表現出顯著的抗菌活性和抗污染功能，確保了蒸發器的耐久性，在FFW處理方面展現出潛在的應用價值。

研究背景

世界能源發展已進入從化石燃料向新能源轉型的關鍵時期，天然氣作為最清潔的化石能源，是轉型的最佳“橋梁” 。全球頁巖氣資源豐富，水平井多級水力壓裂技術是頁巖氣資源開發成熟有效的技術。然后，該技術在頁巖氣開采中的廣泛應用不可避免地會導致大量壓裂液在生產過程中返回地表。這些壓裂返排廢水 （FFW） 本身含有支撐劑和分散劑等化學試劑 ，并與富含有機物的頁巖完全接觸，導致水質發生變化。如果處理不當，如此大量的 FFW 將不可避免地對自然環境和人類健康產生負面影響。 太陽能驅動的界面蒸發 （SIE） 是一種創新的水處理技術，它利用太陽能為蒸發過程提供動力，減少對化石燃料的依賴并降低能源消耗。該技術通常用于從海水 、苦咸水 或被污染物污染的廢水中生產清潔水，這似乎是 FFW 淡化的理想方法。然而，FFW 是一種更特殊且難以處理的廢水，因為它不僅含有各種有機小分子污染物，這些污染物往往會積聚在水柱中，甚至可以隨蒸汽逸出。而且，它通常具有較高的化學需氧量，很容易導致大量細菌在接觸材料上增殖。因此，本研究制備了太陽能界面蒸發水凝膠，將脫鹽、污染物降解和抗菌性能融為一體，為FFW的無害化處理提供了新的視角。

研究內容

圖1 水凝膠的制備

圖2 水凝膠的表征

圖3 水凝膠的水管理和光熱性能

圖4 GPA-2的光催化性能

圖5 水凝膠的抗菌性能

圖6 FFW的無害化處理

作者簡介

第一作者：李金池，成都理工大學材料與化學化工學院2023級碩士研究生。郵箱：lijinchi2002@163.com

通訊作者：李小可，成都理工大學副教授，碩士生導師，西安交通大學博士后，主要從事太陽能光熱轉換與太陽能熱利用技術相關領域的研究，截止目前共發表SCI論文及中文核心期刊論文70余篇，總他引次數超過2000次，H指數為15，并有多篇論文入選ESI熱點論文和高被引論文，連續三年入選全球前2%頂尖科學家(2022，2023，2024)。郵箱：xiaokeli319@126.com

程曉婕，四川大學-美國密歇根大學聯合培養博士，現為四川師范大學講師，碩士生導師，主要從事植物與微生物互作、微生物與環境互作等領域的科學研究，已經國內外學術期刊上發表論文20余篇，主持科研項目10余項，郵箱：xjcheng1991@163.com

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