用于同时采集淡水与盐分的高性能双功能聚吡咯基光热膜的开发

把阳光变成可饮用的水和有用的盐

数十亿人生活在淡水匮乏的地区，而海洋和含盐废水却唾手可得。本研究探索了一种新型织物基膜，仅利用阳光就能从咸水或受污染水源中制取淡水，同时回收有价值的盐而不是将其丢弃。该方法旨在降低能耗、降低成本并减少液态废弃物，为更清洁的用水和更智慧的资源利用提供可行路径。

会“喝”阳光的简单织物

工作的核心是在普通聚酯织物上形成一层由导电高分子聚吡咯（PPy）制成的薄而深色的涂层。当阳光照射到PPy上时，它在宽波段内强烈吸光并高效将光能转化为热能。研究者采用了一种无溶剂的化学气相聚合方法，在织物（机织或非织造）表面沉积均匀的PPy层。巧妙的是，仅对织物的上侧进行涂覆，保留下侧的亲水性，使其能够自下方引水，而深色的上表面朝向太阳并加热。该设计在保持水连续输送到热表面的同时，最小化了材料和化学品的用量。

调配配方以实现最大加热效果

为构建PPy层，研究团队测试了几种氧化剂——可促使单体聚合成聚合物的化学物质，包括三氯化铁、氯化铜、过硫酸铵、高锰酸钾和重铬酸钠。通过改变它们的浓度和所用吡咯单体的微量投放，找到了能够在纤维上形成连续、墨黑色PPy薄膜的条件。显微结构显示，涂覆后的纤维表面变得粗糙且具有细纹理，这有助于减少光反射并更多地捕获太阳能。光学测试证实，最优膜在紫外到红外波段吸收超过94%的入射光，远高于未涂覆的织物。在一个太阳照度（相当于正午阳光强度）下，这些优化的膜能迅速升温至约60–65 °C，远高于未涂覆的织物。

用一层薄薄的热皮层提升蒸发

当这些PPy涂层织物漂浮在水面并暴露于模拟阳光时，显著提高了水的蒸发速率。裸水的蒸发速率很低，约为0.22千克/平方米·小时。加入未涂覆的织物已将这一速率提高了三倍，但加上PPy涂层后则更高：经氯化铜处理的非织造织物达到约0.95 kg m−2 h−1，经过硫酸铵处理的机织织物达到约0.93 kg m−2 h−1。尽管使用的吡咯用量极少，这些膜实现的光热转换效率约为57%。在更强的三倍太阳照度下——类似于集光阳光——最佳膜的蒸发速率可达2.91 kg m−2 h−1，并在重复加热循环中保持稳定。

上层产淡水，边缘结晶回收盐

除了制取清洁水，这些膜还被设计用于回收本会成为废弃物的盐分。随着表面升温和水汽化，蒸汽被收集并冷凝为近乎纯净的水，同时剩余溶液浓缩。由于PPy表面呈疏水且粗糙，盐晶优先在蒸发区的边缘形成，而不会堵塞中央的高温区。在对氯化钠、硫酸铜和氯化铁的海水及浓盐溶液进行的测试中，系统保持了高蒸发速率并产生可见的盐环，便于收集。在一次演示中，使用7%盐溶液的膜实现了对溶解盐100%的回收，盐的收集速率约为58.6克/平方米·小时，同时继续产出淡水。

迈向无液体排放的更洁净用水

通俗地说，这项研究表明，一种低成本、类布材料可以把阳光同时转化为可饮用的水和可重复使用的盐，而无需高压泵、复杂电子设备或大量化学品。PPy涂层膜坚固、可洗且适用于真实的盐水与工业废水，包括酸性或碱性流体。由于它们能将含盐废水浓缩至几乎无液体残留，支持了“零液体排放”的大胆目标——即回收水分并回收固体而非倾倒。通过进一步工程化与放大生产，这类太阳驱动膜可在小型分散式系统中发挥重要作用，帮助沿海社区、农场和工业获得淡水，同时减少污染与废弃物。

引用: Mahmoud, M.T., Abdel-Ghafar, H.M., El-Sherif, A.A. et al. Development of robust dual functioning PPy-based photothermal membranes for simultaneous freshwater and salt harvesting. Sci Rep 16, 5945 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35812-y

关键词: 太阳能海水淡化, 光热膜, 淡水采集, 盐分回收, 零液体排放