清华大学曲良体教授/程虎虎博士AM：低品废热超高速界面水蒸发研究进展

由于人口增长和人类工业发展，清洁水的匮乏和能源短缺已成为紧迫的全球问题。因此必须开发可持续发展的技术，从海水或污水中分离纯净的淡水。如何实现利用清洁能源驱动高通量蒸汽产生成为了研究的重点。

然而，低品位余热（LGWH）是全世界人类活动中广泛存在且无处不在的副产品，它可以为解决淡水危机提供有效的动力，而不需要额外的能源消耗和碳排放。最近，基于界面水蒸发的技术被发展。该技术相对于传统的体相蒸发减少了热量耗散，将更多的热量限制在界面蒸发，极大的提升了蒸发效率。

最近，清华大学曲良体教授、程虎虎博士研究小组开发了一种三维（3D）超亲水聚氨酯/海藻酸钠（PU/SA）泡沫和LGWH驱动的界面水蒸发系统，实现了81.0 L m-2 h-1的蒸汽生成，在100℃的LGWH条件下蒸发率可达到97.1 L m-2 h-1（图1），可广泛用于各种高盐废水低成本处理。PU/SA泡沫的三维骨架上形成的优异的吸水能力、无障碍的水输送和均匀的薄水层，确保了LGWH和流体水之间较强的热交换。此外，PU/SA泡沫上的沉淀盐可以很容易地通过机械压缩去除，并且在盐的沉淀和多次去除后，水的蒸发速度几乎没有下降。同时，收集的清洁水具有99.6%的高离子排斥率，符合世界卫生组织（WHO）的饮用水标准。通过计算可知，如果全球产生的低品位废热被用来生产清洁水，有望满足26亿人口的年饮用水需求（每年人均394吨水，图2），而且不会给我们的社会带来额外的能源负担。相关成果以“Low-Grade Waste Heat Enabled Over 80 L m-2 h‒1 Interfacial Steam Generation Based on 3d Superhydrophilic Foam”为题发表在《Advanced Materials》上。

图1. LGWH水蒸发系统示意及性能优化

图2. 全球低品位废热产生情况、利用该系统生产清洁水计算结果