本期分享發表在Chemical Engineering Journal雜志上題目為“A dual-biomimetic evaporator with Marangoni-induced ultra-salt-resistance for long-durable solar desalination”的研究文章。

Part 1 文章簡介

太陽能驅動的界面蒸發是一種高效環保的凈水生產方法，已被廣泛研究。然而，由于嚴重的鹽積累，其在高濃度鹽水（鹽度≥20wt%）中的應用仍然受到限制。受角蜥皮鱗和植物維管系統界面流體動力學的啟發，我們開發了一種具有優異耐鹽性的3D打印雙仿生太陽能蒸發器。該蒸發器集成了仿生微槽和分級微通道，以應對關鍵的鹽管理挑戰。仿生蜥蜴皮微槽產生自持馬蘭戈尼效應，驅動定向離子遷移，從而抑制鹽結晶。同時，仿生植物根系微通道能夠快速補水并實現反向離子回流，在25wt% NaCl鹽水中保持穩定的蒸發。值得注意的是，該蒸發器蒸發速率高達1.65kgm-2h-1（蒸發效率高達96.1%），并在高鹽度鹽水中持續10小時維持1.18kgm-2h-1的產量。戶外測試進一步驗證了其實際可行性，在5天循環中實現了高達3.73Lm-2h-1的淡水產量，且無鹽垢。這一耐鹽設計突破使其能夠在極端鹽度環境下可靠運行，推動可擴展的太陽能海水淡化技術的發展。

? Part 2 主要圖表

圖1是雙仿生蒸發器。（a）仿生蒸發器示意圖，其靈感來源于角蜥皮膚和樹根血管，具有高效蒸發、輸水和抗鹽能力。（b）結構層示意圖。（c）蒸發器表面溝槽微結構。（d）蒸發表面和（e）碳納米管的SEM圖像。（f）雙仿生蒸發器的太陽能吸收性能。蒸發表面經氧等離子體處理前后的接觸角（g）和（h）。

圖2是雙仿生蒸發器的蒸發性能。（a）不同表面微結構對多次光反射的影響。不同（b）表面微結構、（d）間距、（f）微通道直徑的太陽能蒸發器在太陽能蒸發過程中的質量變化。不同（c）表面微結構、（e）間距、（g）微通道直徑的太陽能蒸發器的蒸發速率。（h）不同太陽能強度下太陽能蒸發器的質量變化。（i）不同太陽能強度下太陽能蒸發器的蒸發速率和蒸發效率。（j）不同光照強度下蒸發表面30分鐘內的溫度變化。

圖3是雙仿生太陽能蒸發器耐鹽性能實驗測試。 （a）Marangoni流和鹽離子傳輸路徑圖。 （b）使用亞甲藍作為示蹤劑觀察Marangoni流。 （c）有和沒有微槽的耐鹽性。 （d）我們的仿生太陽能蒸發器在不同鹽水下工作的蒸發速率和蒸發效率。 （e）不同太陽強度和鹽度下的耐鹽能力。 （f）在純水和鹽水中蒸發10個循環。

圖4是太陽能蒸發過程的有限元模擬。（a）有限元模擬計算的溫度場。（b）雙仿生蒸發器。（c）溫度場。（d）頂部微槽內表面Marangoni流和仿生微通道內流動的流體速度場切片圖。（e）太陽能蒸發過程中的鹽濃縮過程。

圖5是室外長效蒸發-凝結試驗。（a）蒸發-凝結系統。（b）試驗過程中溫度、太陽能密度和相關濕度的變化。（c）試驗過程中的蒸發速率和暗蒸發速率。（d）室外試驗過程中產水速率和冷凝水體積的變化。（f）第1天、第3天和第5天的蒸發器表面照片。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.164531

引用：Wang, Zhaolong, et al. "A dual-biomimetic evaporator with Marangoni-induced ultra-salt-resistance for long-durable solar desalination." Chemical Engineering Journal (2025).

歡迎各位科研人分享自己的研究工作，請將研究工作或自行擬好的推文發送到竹子學術郵箱，竹子學術郵箱為：zhuzixueshu@163.com。