相较于微米尺寸的油水乳液，具有亚微米/纳米尺寸的乳液分离更具挑战。传统的膜分离技术随着分离的进行膜孔较易堵塞，从而导致性能急剧下降。近年来，基于光热材料的太阳能驱动界面蒸发在海水脱盐、污水处理等领域受到广泛关注，可望用于油水乳液的处理过程。然而，传统的蒸发器在蒸发过程中，乳液会通过孔道聚集于蒸发器内，非挥发性乳滴会导致孔道堵塞，影响蒸发；挥发性油滴则会同时蒸发，造成二次污染。

  最近，中山大学杨皓程课题组与浙江大学徐志康教授团队合作，发展了一种具有薄层复合结构的新型太阳能蒸发器，实现了微/纳米有水乳液的高效分离。受植物根系结构以及薄层复合分离膜材料的启发，研究团队提出在蒸发器的表面构建一层薄且致密的分离层，一方面能够有效截留原液中的油滴，另一方面不会过度阻碍水分的传输，导致水供给不足。其中，凝胶薄层通过海藻酸钠与氯化钙的在海绵表面的相对扩散而形成。该蒸发器的工作原理如下：1、表面蒸发过程：蒸发器顶部的光热转化层将太阳光转化为热用以驱动水分蒸发；2、内部传递过程：蒸发导致水上部分凝胶层内部渗透压升高，促使海绵内水分向表层传递，同时封闭连续的海绵内腔形成负压，驱动水下部分从外吸收水分；3、界面截留过程：在蒸发器内部负压驱动下，水分连续透过凝胶膜向内传递，同时凝胶层物理截留乳滴。此外，凝胶层具有优异的水下抗油性，能够防止油滴在表面黏附污染。

  在此基础上，研究人员进一步通过将蒸发器分裂成蒸发器阵列，能够有效提升水上蒸发面积与水下接触面积，在标准一个太阳光下蒸发速率可达3.10 kg×m^-2×h^-2，其对不同油水乳液去除率可达99.9%。在户外实验中，该蒸发器也能表现出约12 kg×m^-2×day^-1的产水能力。该工作以“Solar-Driven Evaporators with Thin-Film-Composite Architecture Inspired by Plant Roots for Treating Concentrated Nano-/Submicrometer Emulsions”为题发表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。论文第一作者为硕士生吴绍霖和陆枫，通讯作者为杨皓程副教授。 

图1. 薄层复合光热蒸发器的设计与制备流程 

图3. 蒸发器实际分离性能

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c16093