全球人口增长、气候变化与工业污染，让淡水短缺成为亟待解决的难题。传统海水淡化技术，如反渗透和电透析，依赖高压、电力或人工操作，在偏远、欠发达地区难以大规模使用。利用太阳能驱动海水蒸发、冷凝回收，在一定程度上可以克服上述高昂成本的难题。

昆明学院李娇阳老师团队，采用碳纳米管（CNT）作为光热转换材料，芳纶纳米纤维（ANF）作为骨架支撑材料。通过定向冷冻法与真空过滤法的复合工艺，开发出同时具备垂直通道和水平分层结构的ANF／碳纳米管纤维复合气凝胶。 其中，垂直通道能够加快材料的水分输送速率；CNT凭借其全能带吸收阳光特性，保证高效的光热转化；水平分层结构致力于海水蒸发后实现高效淡化，大幅提升气凝胶的长期重复利用率。团队还系统研究了结冰参数、过滤压力、ANF与CNT配比等关键条件对材料结构与性能的影响，进一步优化了海水蒸发效率，为太阳能驱动海水淡化提供了高效、稳定的气凝胶材料解决方案。相关研究成果发表在《Chemical Engineering Journal》期刊上。

ANF／CNT气凝胶的制备

ANF与CNT通过CNT表面羧基与ANF分子链中酰胺键形成致密氢键，混合获得均匀液相。羧化处理的CNT自带亲水性，再经定向冷冻构建垂直排列的多孔通道，最后通过冻干法干燥，得到结构稳定的多孔气凝胶。

ANF／CNT气凝胶制备

ANF／CNT气凝胶的压缩循环性能

ANF／CNT复合气凝胶经定向冷冻制备，CNT含量调控其微观结构。CNT含量≤30%时，CNT作为刚性交联点形成规整蜂窝孔壁；CNT含量为30%时，纵向呈现高度平行的垂直通道。CNT含量占比达到50%时，CNT易聚集，导致孔隙变形、层裂与取向混乱。

气凝胶具有以3.57 nm中孔为主的层级孔隙结构。重力铸造得到各向同性结构，吸力过滤则形成各向异性对齐结构，配合垂直通道与水平分层设计，让材料具备出色的压缩循环性能。

ANF／CNT气凝胶的结构

太阳能驱动海水淡化性能

CNT含量为30%时，ANF／CNT气凝胶热稳定性优异，海水淡化后结构依然保持完整。在模拟海水测试中，总蒸发率达2.04 kg／（m²·h），净蒸发率达1.59 kg／（m²·h），较纯ANF气凝胶分别提升87%和106%，最大蒸发率可达3.75 kg／（m²·h），蒸发效率达149%。毛细供水与热定位协同实现高效蒸发，暗蒸发速率远低于总蒸发率，证实蒸发以光吸收为主。

连续7天测试，淡化效率仍保持在80%以上，户外日产淡水19.0 L／m²，可满足6人日常用水需求。该气凝胶同时具备高蒸发效率、低蒸发焓与良好机械强度，性能优于多数同类材料。

太阳能驱动海水淡化性能

该研究开发的ANF／CNT复合气凝胶太阳能蒸发器，拥有垂直孔隙与水平层状双结构。通过配合机械挤出排盐技术，可长期保持结构稳定，为太阳能海水淡化提供了全新、高效的新策略。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.176310

（来源：易丝帮）