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近幾十年來，淡水資源短缺已成為人類可持續(xù)發(fā)展的重要威脅之一。預(yù)計(jì)到2025年，全球三分之二的人口將面臨水資源短缺的問題。在中東、阿拉伯、北美、亞洲和世界其他地區(qū)，人們開始使用海水淡化技術(shù)來滿足對(duì)淡水的需求。最常用的海水淡化技術(shù)有：多級(jí)閃蒸、多效淡化、蒸汽壓縮和滲透膜電滲等，然而，傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)需要通過燃燒化石能源來驅(qū)動(dòng)，這大大增加了溫室氣體的排放。因此，迫切需要開發(fā)能夠以可再生清潔能源為動(dòng)力的淡水生產(chǎn)和廢水處理技術(shù)。

近年來，太陽能光熱蒸汽技術(shù)(SPST)因其從各種水源(如海水、河流/湖泊和污水)中生產(chǎn)淡水的巨大潛力而受到越來越多的關(guān)注。人們對(duì)SPST器件的光熱效應(yīng)材料和合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了大量的研究，綜述了光熱轉(zhuǎn)換過程的基礎(chǔ)、高效光熱轉(zhuǎn)換材料的設(shè)計(jì)——光收集、水傳輸和熱管理。然而，各種SPST器件的制備方法、光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化以提高蒸汽蒸發(fā)速率和能量轉(zhuǎn)換效率仍需進(jìn)一步研究。最近，四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院傅強(qiáng)教授/鄧華教授/陳顯春副教授團(tuán)隊(duì)綜述了SPST的最新設(shè)計(jì)和應(yīng)用。認(rèn)為光熱效應(yīng)、快速供水和流暢的蒸汽通道以及合理的熱管理是實(shí)現(xiàn)高效SPST的三個(gè)關(guān)鍵因素。提出了一個(gè)新的“工具盒”的概念來分析SPST，該概念從近五年關(guān)于SPST約100篇高被引論文中總結(jié)出材料的典型加工方法和特點(diǎn)，如表1所示。其中“工具盒”的概念分為三類：加工類型（T）、一次加工(P)和二次加工(S)。T型工具代表聚合物和填料以及填料和填料的加工類型；P型工具是選擇用于構(gòu)建SPST器件的材料；S型工具主要代表用于構(gòu)成最終SPST器件的特定加工方法。

表1“工具盒”：SPST加工過程中的加工類型和特定的加工工具

通過這一概念，本工作討論了光熱效應(yīng)材料的制備方法，對(duì)供水材料的表面、結(jié)構(gòu)和類型進(jìn)行了分析，并提出了優(yōu)化這些方面所采用的策略。進(jìn)一步，還討論了影響熱管理的因素以控制熱損失來確保熱能最大限度用于蒸發(fā)，并總結(jié)了SPST加工方法的組合，如圖1所示。此外，總結(jié)了SPST在海水淡化、廢水處理和能源再生等方面的典型應(yīng)用。最后，總結(jié)了SPST所面臨的挑戰(zhàn)和關(guān)鍵問題，旨在為進(jìn)一步發(fā)展SPST在清潔水生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域提供全面的認(rèn)識(shí)和指導(dǎo)。

圖1 A為基于“工具盒”概念的SPST三個(gè)關(guān)鍵要素及其制備方法，B為SPST關(guān)鍵因素的加工方法組合（紅色字母代表用于構(gòu)建三個(gè)關(guān)鍵因素的加工方法的工具，黑色是構(gòu)成完整SPST的加工方法的其他工具代碼）。

該工作為進(jìn)一步發(fā)展SPST在清潔水生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域提供新的認(rèn)識(shí)和指導(dǎo)。相關(guān)成果以“Recent Progress in Solar Photothermal Steam Technology for Water Purification and Energy Utilization”的論文發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》期刊上，四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生陳傳亮為本文第一作者，鄧華教授和陳顯春副教授為本文通訊作者。感謝國家自然科學(xué)基金(51922071)和高分子材料工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(Grant No.sklpme2020-2-02)對(duì)本工作的支持。原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137603。