研究背景

面对全球淡水资源短缺与战略性金属需求激增的双重挑战，盐湖资源因其富含多种稀有金属和大量水资源而备受关注。然而，传统分离技术往往面临能耗高、流程复杂、选择性差等问题，难以实现资源的高效协同提取。如何通过绿色低碳的方式，同步实现淡水制备与高价值金属资源回收，成为当前盐湖资源综合利用领域的核心难题。

研究亮点

近日，大连理工大学精细化工国家重点实验室、智能材料前沿科学中心的贺高红教授和姜晓滨教授团队，在化工领域权威期刊《Chemical Engineering Journal》上发表了题为“Solar-Powered Evadsorber: Integrated Interfacial Evaporation and Photothermal-Synergistic Adsorption for Freshwater Production Combined Cesium Extraction”的研究论文。

该研究创新性地提出了“蒸发吸附器（Evadsorber）”概念，通过微尺度界面结构设计与过程耦合策略，将太阳能界面蒸发与铯离子吸附深度融合，构建了一种高效、节能的双功能集成系统。团队基于普鲁士蓝（PB）修饰的纳米纤维三维网络，结合定向冷冻与原位生长技术，成功制备出具有垂直通道和高比表面积的复合气凝胶。这种精妙的材料设计不仅为水蒸气的快速逸出提供了理想通道，更创造了丰富的吸附活性位点，实现了蒸发界面与吸附位点在微尺度上的空间协同分布。该系统不仅通过冷蒸发面（CES）设计有效回收潜热、逆转热损失，将蒸发速率提升至6.06 kg·m^-2·h^-1，更利用光热效应引发的温度梯度与蒸发诱导的浓度梯度相互耦合，协同驱动铯离子的定向迁移、界面富集与高效吸附，最终在光照条件下实现了233.45 mg·g^-1的卓越吸附容量，较黑暗条件提升了45%。该工作从微尺度分离过程耦合的角度，实现了“蒸发-传质-吸附”的多场协同强化，为盐湖资源低碳高效综合利用提供了新材料与新思路。

图文解析

图1 太阳能蒸发吸附器示意图。

图2 蒸发吸附器的制备与结构调控。

研究通过电纺预掺铁离子与定向冷冻的协同策略，实现了普鲁士蓝在纳米纤维表面的原位可控生长。SEM图像清晰地展示了材料内部垂直排列的孔道结构，这种独特的结构设计不仅为水蒸气逸出提供了快速通道，同时构筑了离子传输的理想路径。随着PVA含量的降低，材料孔隙率显著提升，形成了更为开放的三维网络结构。水接触角的测试结果进一步证实，优化的孔道结构赋予材料超亲水特性，实现了水分的自发浸润与快速输运，为持续蒸发奠定了坚实基础。

图3 冷蒸发面增强热管理。

冷蒸发表面的设计实现了热管理的突破。通过增加材料的暴露高度，成功在蒸发器侧壁形成了低于环境温度的冷蒸发区域。模拟与实验结果表明，这一设计不仅有效阻断了向水体的热传导损失，更实现了从环境中的能量汲取。随着暴露高度的增加，热流方向发生转变，从传统的热损失逆转为能量增益。

图4 光热协同驱动的吸附过程强化机制。

研究通过数值模拟与实验验证，深入揭示了光热效应对铯离子吸附过程的协同强化机制。模拟结果显示，在光照条件下，蒸发作用诱导形成了显著的对流场，有效加速了铯离子向蒸发界面的传输速率。同时，持续的水分蒸发在蒸发界面处产生了明显的离子富集效应，使局部浓度显著提升，创造了理想的吸附浓度环境。从热力学角度分析，光热转换导致的温度升高为吸附过程提供了重要的能量驱动。实验数据显示，在光照条件下，PB-I-3蒸发吸附器对铯离子的吸附容量达到233.45 mg·g^-1，较黑暗条件提升45%。这一显著提升证实了温度对吸附平衡的积极影响。从动力学角度看，蒸发过程产生的持续水流不仅加快了铯离子的传质速率，还提高了其与吸附活性位点的碰撞频率，表现为吸附平衡时间的明显缩短。这种“温度场-流动场-浓度场”三场耦合的协同作用，形成了独特的光热协同吸附强化机制，为实现高效、节能的金属离子提取提供了新的技术路径。

图5户外蒸发实验与长期稳定性。

室外长期运行验证了系统在实际环境中的可靠性，日光照射下的蒸发-吸附协同机制保持了良好的稳定性。经过多次循环后，材料仍保持优异的吸附性能，证明其结构设计的合理性。这一系统成功实现了淡水生产与资源回收的双重目标，展现了太阳能驱动分离技术的实际应用潜力。

总结与展望

本研究创新性地提出了“蒸发吸附器”概念，通过微纳结构设计成功构建了太阳能蒸发与铯离子吸附的协同强化体系。系统设计了普鲁士蓝原位生长的纳米纤维气凝胶结构，在优化结构与引入冷蒸发面的协同作用下，实现了6.06 kg·m^-2·h^-1的蒸发速率和233.45 mg·g^-1的铯吸附容量。研究揭示了温度场-流动场-浓度场多场耦合的增强机制，为盐湖资源综合利用提供了新材料与新思路。未来工作将致力于解决相似离子（如Rb⁺/Cs⁺）的精准分离难题，通过将蒸发吸附器与下游精制工艺耦合，构建完整的资源回收技术链条，推动盐湖资源低碳开发的产业化进程。