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  全球淡水資源短缺和鋰資源需求的雙重挑戰(zhàn)，正推動(dòng)著科技創(chuàng)新的步伐。近期，一項(xiàng)新的研究成果，為解決這兩大難題提供了全新思路。來(lái)自四川師范大學(xué)的白躍峰副教授和清華大學(xué)的危巖教授聯(lián)合北京科技大學(xué)�？得窠淌凇⑽錆h紡織大學(xué)劉延波教授、哈爾濱工業(yè)大學(xué)王威教授、賀詩(shī)欣教授等研究團(tuán)隊(duì)，共同開(kāi)發(fā)出一種多孔整體式高分子光熱泡沫材料（PDCPD-25%COE-10%ACAT），通過(guò)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)界面水蒸發(fā)技術(shù)（SDIE），實(shí)現(xiàn)了海水淡化、廢水處理與鋰鹽富集的高效協(xié)同，為高分子材料在能源與環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了新方向。

  2025年5月27日該研究以Scalable, high-efficiency porous monolithic polymer foam for solar-driven interfacial water evaporation and lithium extraction為題發(fā)表在《npj Clean Water》上。這項(xiàng)工作由四川師范大學(xué)、北京科技大學(xué)、清華大學(xué)、武漢紡織大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作完成，論文第一作者為四川師范大學(xué)碩士研究生姜春楊。

圖1. 通過(guò)烯烴復(fù)分解和氯化鈉（NaCl）模板法制備多孔整體式聚合物基SDIE（PDCPD-25%COE-10%ACAT）的工藝示意圖。

一、創(chuàng)新工藝：快速制備大面積高效蒸發(fā)材料

  傳統(tǒng)高分子光熱材料受限于復(fù)雜制備工藝和成本問(wèn)題，難以規(guī)�；瘧�(yīng)用。本研究以胺基封端的苯胺三聚體（ACAT）為光熱轉(zhuǎn)化材料，采用烯烴復(fù)分解聚合與氯化鈉（NaCl）模板法結(jié)合的工藝，僅需 5 分鐘即可完成制備，成功制造出尺寸達(dá)800×600 mm2的大面積泡沫蒸發(fā)器——這是目前報(bào)道中最大的高分子基 SDIE 器件。

圖2. 大面積多孔整體式聚合物基SDIE實(shí)物圖，尺寸800×600 mm2

二、多場(chǎng)景應(yīng)用：從海水淡化到鋰資源提取

1. 海水淡化：高水蒸發(fā)速率與長(zhǎng)期穩(wěn)定性

  在模擬海水（3.5 wt% 鹽濃度）中，該材料蒸發(fā)速率達(dá)3.32 kg·m?2·h?1，且經(jīng)10 次循環(huán)測(cè)試后性能保持率超 95%，6 個(gè)月后蒸發(fā)速率僅下降 3.64%。通過(guò)該水蒸發(fā)器淡化后的水中 Na?、K?、Ca2?、Mg2?等離子濃度低于世界衛(wèi)生組織（WHO）飲用水標(biāo)準(zhǔn)，證實(shí)其實(shí)際應(yīng)用可靠性。

圖3. 多孔整體式聚合物基SDIE在海水淡化中的蒸發(fā)性能。a) 太陽(yáng)能界面水蒸發(fā)示意圖；b) SDIE在不同濃度鹽水中水蒸發(fā)質(zhì)量變化曲線；c) SDIE在不同濃度鹽水中的水蒸發(fā)速率；d) SDIE在循環(huán)水蒸發(fā)試驗(yàn)中的穩(wěn)定性測(cè)試 ；e) 在不同鹽濃度下，SDIE在半年后的水蒸發(fā)速率；f) 蒸發(fā)前后模擬海水中各重金屬離子的濃度變化曲線。

2. 廢水處理：高效去除有機(jī)染料與重金屬

  面對(duì)含甲基藍(lán)、甲基橙、羅丹明B 等有機(jī)染料及 Zn2?、Cd2?、Cr3?等重金屬離子的廢水，材料蒸發(fā)速率穩(wěn)定在3.3 kg·m?2·h?1，染料去除率接近 100%，重金屬離子濃度降低 3-4 個(gè)數(shù)量級(jí)，展現(xiàn)出廣譜污染物處理能力。

圖4.整體式聚合物基SDIE在污水處理中的性能表面。a) SDIE在染料廢水中的水蒸發(fā)速率；b) SDIE在含重金屬?gòu)U水中的水蒸發(fā)速率。用HPLC、ICP-OES測(cè)定蒸發(fā)前后有機(jī)染料和重金屬離子的濃度。c) 甲基藍(lán)；d) 甲基橙；e) 羅丹明B；f) 各種重金屬離子。

3. 鋰鹽富集：選擇性分離助力資源回收

  針對(duì)鹽湖鹵水中鋰資源提取難題，材料通過(guò)光熱蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)Li?與 Na?、Mg2?的高效分離。在高濃度的 LiCl-MgCl?混合溶液中，Mg2?/Li?濃度比從 5:1 降至 2.6:1，Li?在殘留鹵水中顯著富集。這一特性可將傳統(tǒng)鋰提取周期從 12-18 個(gè)月縮短至數(shù)十天，大幅提升效率。

圖5. 整體式聚合物基SDIE在鋰鹽提取中的應(yīng)用。a) SDIE在飽和NaCl、MgCl₂、LiCl水溶液中1個(gè)太陽(yáng)下光照不同時(shí)間的照片；b) SDIE光照不同時(shí)間析出的鈉鹽、鎂鹽、鋰鹽的質(zhì)量變化；c) 蒸發(fā)后LiCl-MgCl?混合溶液中Mg²⁺與Li⁺的質(zhì)量濃度比；d) 蒸發(fā)LiCl-MgCl?混合溶液所得沉積鹽XPS結(jié)果。

三、戶外驗(yàn)證：真實(shí)環(huán)境下的可靠性能

  在成都夏季自然光照條件下（太陽(yáng)輻照度 0.807 kW?m?2），材料蒸發(fā)速率達(dá)3.33 kg·m?2·h?1，且在早晚低光照時(shí)段仍保持2 kg·m?2·h?1的穩(wěn)定輸出，驗(yàn)證了其在實(shí)際場(chǎng)景中的適用性。

  該研究不僅為全球淡水危機(jī)和鋰資源短缺提供了創(chuàng)新解決方案，更彰顯了高分子材料在能源環(huán)境領(lǐng)域的戰(zhàn)略價(jià)值。隨著技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化，這種高效、可擴(kuò)展的光熱泡沫材料有望在沿海地區(qū)水資源凈化、鹽湖提鋰等場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地，推動(dòng)“水 - 能源 - 資源” 協(xié)同發(fā)展的可持續(xù)未來(lái)。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41545-025-00474-2