随着全球淡水资源的日益短缺，开发高效、经济、环保的太阳能（新能源）驱动海水/苦咸水淡化技术成为解决水资源危机的重要途径。传统的海水淡化技术，如膜蒸馏和机械蒸汽压缩，因设备复杂、投资成本高和能耗大等问题，限制了其广泛应用。近年来，太阳能界面蒸发（SIE）技术因其高效、低成本和环境友好的特点，成为研究热点。与此同时，入侵植物因其强大的竞争力和生态破坏性，已在全球范围内侵占了约1300万公顷的农业用地。传统的入侵植物治理方法，如物理和化学手段，不仅成本高昂，还可能对环境造成二次污染。因此，如何有效治理入侵植物并实现其资源化利用，成为亟待解决的问题。

近日，中国科学院新疆理化技术研究所分离材料与技术团队在入侵植物衍生碳点基太阳能界面蒸发材料领域取得新突破。研究人员以入侵植物Rhus typhina L.（火炬树）的树叶为碳源，通过水热法合成了碳点（Carbon Dots ，CDs）——一种尺寸小于10 nm的类球形碳纳米颗粒，并在高温高压条件下将其与与炭黑（Carbon Black ，CB）结合，形成CDs/CB复合材料。随后，通过浸渍法将CDs/CB复合材料负载到玄武岩纤维织物（Basalt Fibers，BF）表面，成功开发出一种新型二维光热织物（CDs/CB@BF），将其作为光热层与输水层组装到蒸发器中，进行蒸发性能测试。实验结果表明，该蒸发器在1个太阳照射下实现了高达2.05 kg·m^-2·h^-1的蒸发速率和95.72%的光热转换效率，优于多数已报道的蒸发器（图1）。

图1  CDs/CB@BF蒸发器与已报道的蒸发器在蒸发速率及光热转换效率对比

该材料表面丰富的羟基和羧基等亲水性官能团，显著提升了水分子的吸附和运输效率，降低了蒸发焓。此外，CDs/CB@BF蒸发器在多次循环测试中表现出优异的物理化学稳定性，蒸发速率无明显下降，且在pH 为3至12废水中其蒸发速率保持稳定性能。在模拟海水（盐度3.5 wt%）中，CDs/CB@BF的蒸发速率仍可达1.81 kg·m^-2·h^-1在，处理后的水样离子浓度显著降低，达到世界卫生组织（WHO）的饮用水标准。并且该材料不仅能够高效去除海水中的盐分，还能有效净化含油乳液和染料废水等复杂废水。经济性分析表明，CDs/CB@BF的制备成本低廉，每平方米材料的成本仅为20.75美元，蒸发效率与成本的比值达到87.23 g·h^-1·$^-1，具有显著的经济可行性。该研究为入侵植物的资源化利用提供了新思路，同时为太阳能驱动的海水淡化技术开发了高效、经济、环保的光热材料。未来，这种材料有望在大规模海水淡化、高盐度废水处理以及废水净化等领域得到广泛应用，为解决全球水资源短缺问题提供重要技术支持。

相关研究成果近期发表在中国科学院一区期刊《分离纯化技术》(Separation and Purification Technology)上，中国科学院新疆理化技术研究所硕士研究生何溁林为第一作者，分离材料与技术团队的阿卜杜克热木·喀迪尔研究员、邢路助理研究员和新疆农业大学阿马努拉·依明尼亚孜为共同通讯作者。该研究得到了新疆维吾尔自治区自然科学基金、国家外国专家项目、新疆维吾尔自治区天山英才人才培养计划、中国科学院“西部之光”等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.132644

图2：（A）CDs/CB@BF光热织物的制备流程；（B）CDs/CB@BF光热织物长期稳定性测试；（C）处理后水质离子浓度对比