近日，化学与制药工程学院2022级研究生赵德民在国际知名学术期刊(Advanced Science, IF=15.1, 中科院大类1区)上发表题为“Gradient Graphene Spiral Sponges for Efficient Solar Evaporation and Zero Liquid Discharge Desalination with Directional Salt Crystallization”的研究论文。

淡水资源的短缺已成为21世纪全球面临的重大挑战之一。虽然海水淡化技术为解决这一问题提供了重要途径，但浓盐废水的排放却不可避免地给生态环境带来了潜在的威胁。近年来，太阳能驱动界面蒸发技术凭借其环保和高效的特点，已成为最有前景的海水淡水技术之一。然而，海水淡化过程中，太阳能蒸发器表面的盐分结晶问题已成为限制其蒸发性能和使用寿命的主要障碍。因此，设计一种能够高效、连续处理高浓度盐水，并实现零液体排放脱盐的太阳能蒸发器是一个巨大的挑战。

基于以上挑战，化学与制药工程学院李晨蔚教授团队首次提出一种创新策略，结合光还原和常压干燥技术，制备了具有三维梯度网络的石墨烯气凝胶。这种气凝胶在太阳能蒸发高浓度盐水方面展现出卓越的性能，并成功实现了零液体排放脱盐。该3D梯度石墨烯气凝胶的螺旋结构显著增强了能量回收效率，而其梯度网络结构则促进了盐水的径向输送和定向盐结晶。这两种结构的完美结合，使得气凝胶在太阳能蒸发（6.5 kg m-2 h-1）、盐收集（1.5 kg m-2 h-1）、零液体排放脱盐，以及长期耐久性（连续蒸发144小时）（在20wt%盐水中）方面均表现出色。在室外实验下，该3D梯度石墨烯气凝胶表现出3.1 kg m-2 h-1的超高产水速率，这一性能是目前报道的太阳能脱盐装置中最佳的产水性能。此外，研究团队还展示了一种基于该气凝胶的连续脱盐灌溉系统，该系统在偏远地区具有巨大的应用潜力，有望实现可持续的农业灌溉。这项工作不仅展示了一种新颖的太阳能蒸发器设计，并为设计耐盐高效的下一代太阳能海水淡化装置提供了重要的科学依据。

化学与制药工程学院2022级研究生赵德民同学为本文第一作者，李晨蔚教授与丁美春副教授为共同通讯作者，山东第一医科大学为本文第一完成单位。该研究得到了泰山学者青年专家项目（tsqn202306267）、国家自然科学基金项目（51802168）、山东省自然科学基金（ZR2023ME172）和山东第一医科大学拔尖人才的资金支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202400310。