英文原题：Polyzwitterionic Hydrogel Using Waste Biomass as Solar Absorbent for Efficient Evaporation in High Salinity Brine

作者：Wenzong Liu, Sihui Wang, Zhenglin Chen, Jiaqi Yang*, Zhiling Li, Aijie Wang*

01 论文信息

论文信息

Liu W, Wang S, Chen Z,etal. Polyzwitterionic hydrogel using waste biomass as solar absorbent for efficient evaporation in high salinity brine[J]. Green Carbon, 2024.

Biomass；Polyzwitterions；Hydrogel；Evaporation；Anti-polyelectrolyte

论文网址

https://doi.org/10.1016/j.greenca.2024.09.003

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Polyzwitterionic hydrogel using waste biomass as solar absorbent for efficient evaporation in high salinity brine

中文解读原链接

Green Carbon文章 | 哈尔滨工业大学（深圳）王爱杰教授：废弃生物质助力高盐卤水太阳能蒸发

02 背景简介

全球水资源短缺问题日益严峻，高盐卤水（盐度 ≥ 10%）的高效脱盐技术需求迫切。传统反渗透、多级闪蒸等技术存在能耗高、成本高等瓶颈问题。太阳能界面蒸发（SVG）技术利用太阳能驱动水蒸发，但高盐环境下，蒸发基材和太阳光吸收剂的有效结合及其机理研究仍然具有挑战性。

来自哈尔滨工业大学的王爱杰团队于Green Carbon发表题为“Polyzwitterionic Hydrogel Using Waste Biomass as Solar Absorbent for Efficient Evaporation in High Salinity Brine”文章，提出一种基于废弃生物质与聚两性离子水凝胶（PZH）的新型蒸发器，通过协同光热转换与抗盐效应，显著提升高盐卤水的蒸发效率，为解决高盐卤水处理提供了新思路。

03 文章简介

废弃生物质太阳光吸收剂优化

以秸秆、污泥、椰壳等废弃生物质为原料，经不同温度热解制备生物炭，优化后吸光剂的掺杂因其独特孔隙结构和官能团（如C=O、S=O、O-H等）可增强光吸收（> 95%）并降低蒸发焓至877.79 J·g⁻¹。

图1 不同生物质PZH的表征（a）PZHs的SEM；（b）PZHs的FTIR光谱；（c）PZHs的接触角；（d）黑暗环境中原始PZHs的蒸发效率；（e）暗实验测得的等效蒸发焓；（f）10 wt％盐水中PZHs的拉曼光谱

掺杂生物炭增强蒸发效能机理

聚两性离子链（DMAPS）在高盐环境中通过反聚电解质效应膨胀，抑制盐沉积，结合生物炭形成微孔通道，加速水分传输，并活化水的状态，展示出更强的亲水性，蒸发速率达3.57 kg·m⁻²·h⁻¹。

图2 （a）掺杂生物炭增强蒸发效率示意图；（b）NaCl对DMAPS聚合物链间相互作用与溶胀行为；（c）水凝胶厚度影响蒸发性能的机制；（d）DFT模拟结构和结合能

蒸发器循环稳定性与实用潜力

优化后的So600-PZH-8mm蒸发器在7次循环中保持82%的蒸发效率，室外实测日淡水产量达8.01 kg·m⁻²，可满足3人日需水量。处理三氯乙烯生产废水及海水的出水水质良好，主要离子（Na⁺、K⁺、Cl⁻等）也符合WHO饮用水标准。

图3 （a）自制室外太阳蒸发装置；（b）环境温度和太阳强度随时间的变化；（c）水生产率和产量图；（d）在1个太阳下So600-PZH在高盐废水中的蒸发速率；插图：高盐废水及由So600-PZH产生的冷凝水中的离子浓度

总结及展望

本研究通过废生物质与聚两性离子水凝胶的协同设计，实现了高盐卤水的高效太阳能蒸发，为低成本海水淡化与废水回用提供了新思路。未来将进一步优化材料规模化制备工艺，推动其在工业废水处理与干旱地区水资源再生中的应用。

04 作者简介

王爱杰 教授

王爱杰，哈尔滨工业大学教授，博士生导师，城市水资源与水环境国家重点实验室副主任，国家杰青、国家级高层次人才、国际水协会杰出会士兼厌氧专委会主席、中国发明协会会士及副监事长、中国传感器与物联网产业联盟副理事长兼智慧环境与水务专委会理事长，中国生态学会微生物生态专委会副主任，Environmental Research主编， Environmental Science & Ecotechnology执行主编，BMC Microbiology副主编，《环境工程学报》副主编等。长期从事污水资源化工程科技研究，发展了生物过程优化控制理论，形成了系列核心工艺和优化集成技术系统，实现了大规模工程应用，引领了低碳水处理与资源化方向的发展。第一或通讯作者发表SCI论文280余篇，入选ESI高被引学者；申请和授权专利100余件；获国家技术发明二等奖2项（第一完成人1项）、国家科技进步二等奖2项（第一完成人1项）、何梁何利基金科学与技术创新奖、中国专利优秀奖等。

刘文宗 教授

刘文宗，哈尔滨工业大学（深圳）土木与环境工程学院教授，博士生导师。国家级青年人才，广东省杰出青年基金获得者，“孔雀团队”骨干人才。主要从事污水处理碳减排与资源化的研究工作，开展污水碳源挖掘与利用、二氧化碳减排与增值转化、生物炭转化与利用等研究。

05 Green Carbon

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