蒸發材料0507丨青島大學SPT論文：基于面條小麥蛋白泡沫制備的具有垂直通道和分級孔結構的高效太陽能界面蒸發器

2026年，國際期刊《Chemical Engineering Journal》發表了青島大學王彬、許超、劉浩、史含笑、史海玲、葛瑞浩、劉奎、王怡璇、權鳳玉、田星團隊合作完成的題為“High-efficiency solar interface evaporator with vertical channels and hierarchical pores structure prepared from noodle wheat protein foam”的研究論文。本文提出一種基于面條小麥蛋白泡沫的高效太陽能界面蒸發策略，通過去淀粉處理、硼酸鹽交聯及表面碳化，成功構建了具有長程垂直通道和分級孔結構的生物基蒸發器（CB-NWPF）。核心敘事并非單一材料性能優化，而是圍繞“結構—機制—性能”主線，將小麥蛋白固有的親水性、去淀粉后形成的多孔網絡、硼酸鹽交聯增強的結構穩定性與抗菌性、碳化表面形成的光熱層、以及系統在高效蒸發、耐鹽性、抗生物污染與長期穩定性方面的協同統一到一個可量化、可調控、可拓展的太陽能蒸發體系中，并系統闡釋了其在純水（蒸發速率3.62 kg·m?2·h?1）、高鹽鹵水（20 wt%鹽水下仍達2.44 kg·m?2·h?1）、重金屬離子及有機染料廢水凈化、抗菌性能（抑菌率>99.9%）及10次以上循環運行穩定性方面的綜合優勢。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.175021

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解決全球淡水短缺問題需要可持續的海水淡化技術。太陽能驅動的界面蒸發是能源密集型傳統方法的一種有前景的替代方案。本研究報道了一種由面條小麥蛋白泡沫制備的高性能、生物基太陽能蒸發器（CB-NWPF）。通過去淀粉、硼酸鹽交聯和表面碳化處理，該蒸發器具有長程垂直通道和分級孔結構。這種獨特的結構協同促進了快速的毛細水傳輸和高效的鹽回流。在模擬太陽光（1 kW·m?2）照射下，CB-NWPF蒸發器實現了3.62±0.04??kg?m?2?h?1的高蒸發速率和95.6±1.1%的優異能量效率。該蒸發器具有顯著的長時穩定性、出色的耐鹽性和抗菌性能。本研究為利用生物質資源開發高性能太陽能蒸發器提供了一種新策略。

全球淡水資源僅占全球水循環的約2.5%，其中可供人類直接使用的不足1%，而海水則約占96.5%。隨著人口增長和氣候變化導致的干旱加劇，開發低成本、低碳的海水淡化技術已成為解決淡水短缺問題的關鍵。傳統的海水淡化方法（如反滲透、多級閃蒸和多效蒸餾）普遍存在能耗高、設備損耗大、基礎設施要求嚴格等問題，且多依賴化石燃料，加劇了環境負擔。近年來，太陽能驅動的界面蒸發技術因其不依賴化石燃料、顯著降低能耗和碳排放、結構簡單、適合分布式淡水生產等優勢，成為一種極具前景的高效、可持續淡水生產方式。在界面蒸發系統中，氣凝膠和泡沫因其高比表面積、低密度和極低熱導率成為理想基底材料，尤其是具有三維多孔網絡的親水性聚合物，可通過毛細作用高效輸運水分子，同時親水基團通過氫鍵形成“中間水”以降低蒸發焓。然而，生物質材料在實際應用中仍面臨兩大挑戰：一是缺乏抗菌性能，易滋生微生物導致通道堵塞和二次污染；二是耐鹽性普遍較差，限制了在高鹽環境下的穩定運行。因此，開發兼具高效光熱轉換、快速水傳輸、優異耐鹽性和抗菌性能的生物質基太陽能蒸發器具有重要意義。

• 利用面條小麥蛋白制備了一種高效的太陽能界面蒸發器。

• 在模擬太陽光（1 kW·m?2）照射下，實現了3.62 kg·m?2·h?1的高蒸發速率和95.6%的能量效率。

• 通過快速水傳輸和鹽回流機制，實現了優異的耐鹽防垢性能。

• 硼酸鹽交聯增強了結構穩定性，并提供了超過99.9%的強效抗菌能力。

圖1.CB-NWPF的準備工作。

圖2.a)從小麥面條到CB-NWPF的過程。b)FTIR光譜。c)CDG的掃描電子顯微鏡。d)CB-NWPF橫截面的掃描電子顯微鏡。e，f)CB-NWPF縱向截面的掃描電子顯微鏡。g)CB-NWPF的EDS元映射。

圖3.a)DG、b)B-NWPF、c)B-NWPF和d)DG水傳輸性能的接觸角。

圖4.a)UV-NIR光譜。b-NWPF和CB-NWPF在一個太陽下的溫度變化。c)單日照下純水、CDG和CB-NWPF的質量變化曲線。d)CB-NWPF在純水中的10次蒸發循環。e)不同太陽輻照度下CB-NWPF的蒸發率。f)DSC。g)蒸發率和太陽能到蒸汽的轉換效率。h)純水和i)CB-NWPF的拉曼光譜。j)水的狀態示意圖。

圖5.a)CB-NWPF在不同濃度的氯化鈉溶液中的蒸發速率。b)CB-NWPF在3.5wt%的氯化鈉溶液中蒸發10次。c)Na+濃度的變化。d)CB-NWPF和e)CDG在20wt%氯化鈉溶液中的蒸發速率。f)CB-NWPF在生理鹽水中循環后的掃描電子顯微鏡。g)鹽回流能力。h)CB-NWPF的鹽回流示意圖。

圖6。a)蒸發裝置。b)主要離子濃度。c)重金屬離子濃度。d)MO，e)MB的UV-Vis光譜。f)pH值。g)CB-NWPF的抗菌效果。h)室外溫度、濕度和日照強度。i)相應的蒸發速率和質量變化。

總之，我們成功地從面條小麥蛋白泡沫中開發出一種高效太陽能蒸發器（CB-NWPF）。該蒸發器的設計利用了小麥蛋白固有的親水性以及分級孔和垂直通道結構。在模擬太陽光（1 kW·m?2）照射下，它實現了3.62±0.04?kg?m?2?h?1的優異蒸發速率和95.6±1.1%的能量效率。關鍵結果表明，CB-NWPF 具有優異的光熱轉換能力、高效的水傳輸能力，并且由于中間水的形成，顯著降低了水的蒸發焓。此外，該蒸發器具有出色的耐鹽性，在20wt% NaCl 鹽水中仍保持2.44??kg?m?2?h?1的高蒸發速率，并在3.5?wt%鹽水中經過10個循環仍保持穩定性能。硼酸鹽的引入不僅增強了結構穩定性，還賦予了強大的抗菌性能。全面的實際評估，包括海水淡化、復雜廢水凈化和戶外實驗，明確驗證了該蒸發器的魯棒性和廣泛適用性。因此，本研究為制造可持續的、生物基太陽能蒸發器提供了一條可行且創新的途徑。

Wang, B., Xu, C., Liu, H., Shi, H., Shi, H., Ge, R., Liu, K., Wang, Y., Quan, F., Tian, X. High-efficiency solar interface evaporator with vertical channels and hierarchical pores structure prepared from noodle wheat protein foam. Chemical Engineering Journal, 2026, 526, 175021. https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.175021.

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資料整理：雷幸悅（陽光凈水）

編輯：環境與能源功能材料

雷幸悅（陽光凈水課題組）

【資料整理】雷幸悅：資源與環境碩士研究生。

陽光凈水課題組：主要研究方向為生物質基環境功能材料、太陽能蒸發材料、磁性吸附材料、污染物吸附和環境催化反應機理。課題組主頁：

https://www.x-mol.com/groups/zhuhuayue

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殼聚糖丨纖維素丨MOF材料丨石墨烯丨碳納米管丨MXenes丨硫化鉬丨催化材料丨蒸發材料丨吸附材料丨電極材料丨除磷材料丨產氫材料

2025年9月，國際TOP期刊《International Journal of Biological Macromolecules》發表了陽光凈水課題組題為“Multifunctional and sustainable chitosan-based interfacial materials for effective water evaporation, desalination, and wastewater purification: A review”的綜述性論文。根據Web of Science檢索，這是國際上首篇全面論述多功能和可持續殼聚糖基界面蒸發材料在廢水處理和水凈化中應用的綜述性論文。本文總結了殼聚糖基太陽能界面蒸發器（CS-SIE）四種類型（水凝膠、氣凝膠、海綿和膜）、五種改性材料和在水污染控制中應用。最后，總結了CS-SIEs在際應用中仍面臨挑戰。《International Journal of Biological Macromolecules》主要聚焦于天然大分子的化學改性及其在生物、環境、制藥、食品等領域的工業應用，最新中科院分區：8.50/二區TOP期刊。

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2024年06月08日，國際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》發表了陽光凈水課題組題為“Sustainable chitosan-based materials as heterogeneous catalyst for application in wastewater treatment and water purification: An up-to-date review”綜述論文。根據Web of Science檢索，這是國際上首篇全面論述殼聚糖基異相催化劑在廢水處理和水凈化中應用的綜述性論文。本綜述概述了金屬氧化物/殼聚糖基復合材料（MOs@CSbMs）、金屬硫化物/殼聚糖基復合材料（MSs@CSbMs）、鉍基半導體/殼聚糖基復合材料（BibSCs@CSbMs）、金屬有機框架/殼聚糖基復合材料（MOFs@CSbMs）和納米零價金屬/殼聚糖基復合材料（NZVMs@CSbMs）等5種Cat@CSbMs材料的制備策略及作為助催化劑、光催化劑、類芬頓試劑在處理各類廢水中的應用進展。該綜述不僅加深了對環境功能材料與環境污染控制作用的理解，也為未來Cat@CSbM在污染物吸附和富集、光催化氧化降解污染物和還原金屬離子等相關領域的研究提供了參考和啟示。該論文自2024年6月發表以來，現已被引用53次（Web of Science），國際引用占比73%，2025年5月起入選ESI高被引論文。

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2024年 12 月 24 日，國際期刊《 Separation and Purification Technology 》發表了 陽光凈水課題組 題為 “ Intriguing and boosting molybdenum sulfide (MoS2)-based materials for decontamination and purification of wastewater/seawater: An upgraded review” 綜述論文。本綜述全面總結了近6年（2018-）MoS2基材料（MoS2bMats）提高廢水處理和水凈化的有效改性策略，并重點闡述了MoS2bMats在環境污染物吸附、光催化降解和還原、Fenton高級氧化、PMS/PS活化氧化、廢水脫鹽（膜過濾和太陽能蒸發脫鹽）等方面的應用。最后，討論并提出了 MoS 2 bMats 理論研究與應用之間存在差距、工程挑戰、未來的研究方向和機遇。 該論文自 2024 年 12 月線上發表以來，現已被引用28 次（ Web of Science ）。

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2025年 06 月 ，國際TOP期刊《 International Journal of Biological Macromolecules 》發表了陽光凈水課題組題為 “Sustainable chitosan-based adsorbents for phosphorus recovery and removal from wastewater: A review” 最新 綜述論文。本文全面綜述了用于廢水中磷回收和去除的殼聚糖基吸附材料（CSMats）的性質、改性方法、影響因素。同時，總結了CSMats吸附去除水體磷的主要作用機理（氫鍵、靜電作用、路易斯酸堿相互作用、配體/離子交換和表面沉淀作用）。此外，還歸納了CSMats的再生方法、連續流處理和在實際廢水中應用。 最后，討論了 CSMats除磷材料面臨的挑戰和未來發展方向。《 International Journal of Biological Macromolecules 》主要聚焦于天然大分子的化學改性及其在生物、環境、制藥、食品等領域的工業應用，2025年6月最新影響因子/中科院分區： 8. 50/ TOP 期刊。該論文自 2024 年1 月線上發表以來，現已被引用16 次（Web of Science ），2026年1月入選ESI高被引論文。

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2024 年 1 月，國際期刊《 International Journal of Biological Macromolecules 》期刊發表了陽光凈水課題組題為 “A review on chitosan/metal oxide nanocomposites for applications in environmental remediation“ 的綜述性論文。更清潔、更安全的環境是未來最重要的要求之一。與傳統材料相比，殼聚糖具有豐富的生物相容性、生物降解性、成膜能力和親水性，是一種更環保的功能材料。由于殼聚糖分子鏈上豐富的 -NH2 和 -OH 基團可以有效地與各種金屬離子螯合，殼聚糖基材料作為金屬氧化物納米材料（ TiO2 、 ZnO 、 SnO2 、 Fe3O4 等）的多功能支撐基質具有巨大的潛力。近年來，許多殼聚糖 / 金屬氧化物納米材料（ CS/MONM ）作為吸附劑、光催化劑、非均相類芬頓試劑和傳感器，在環境修復和監測中具有潛在和實際的應用。本綜述全面分析和總結了CS/MONMs復合材料的最新進展，這將為CS/MONMs復合材料的制備和廢水處理應用提供豐富而有意義的信息，并有助于研究人員更好地了解CS/MONMs復合材料在環境修復與監測中的潛力。該論文自 2024 年 1 月線上發表以來，現已被引用68 次（ Web of Science ），國際引用占比65.0%。

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2024 年 2 月，國際期刊《 Separation and Purification Technology 》發表了陽光凈水課題組題為 “ A review on the progress of magnetic chitosan-based materials in water purification and solid-phase extraction of contaminants” 的綜述性論文。污染物檢測和水凈化對于實現環境保護和資源利用非常重要。構建新型功能材料去除各種污染物也變得越來越重要和緊迫。本綜述總結了磁性殼聚糖（M-CSbMs）的3種可靠制備策略（原位策略、兩步策略和沉積后策略），并詳細介紹了M-CSbMs在有效吸附/光催化去除污染物（如重金屬離子、有機染料、抗生素和其他污染物）和磁性固相萃取超低濃度污染物等方面的研究進展。最后，提出了 M-CSbMs 目前面臨的挑戰和前景，以期促進其在水凈化和固相萃取污染物方面的實際應用。該論文自 2024 年 2 月發表以來，現已被引用 46 次（ Web of Science ）。

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