无添加剂太阳能海水淡化结晶器问世，实现零排放

全球淡水短缺危机日益严峻，传统海水淡化技术如反渗透（RO）和多闪蒸馏系统不仅能耗高、水回收率低，还会产生大量含化学物质的有害卤水直接排入环境，对生态造成负面影响。理想的状态是实现“零液体排放”（ZLD），即消除液态废物并将盐分转化为固体副产品。与此同时，海水中蕴含的锂、铀等珍贵矿产资源若能与淡化过程结合，将大幅降低生产成本并减少环境负担。然而，现有界面蒸发技术多依赖封闭多孔结构，极易因盐结晶堵塞而失效，且常需预处理或机械清理，难以处理真实海水。

突破盐堵瓶颈：超润湿黑金属面板设计

为解决上述难题，研究团队利用飞秒激光表面处理技术，开发出一种多功能超润湿黑金属（SWBM）面板。该面板具备三大核心功能：一是能将薄水膜沿表面向上抽取；二是吸收几乎全部太阳辐射；三是Zui关键的是，它能自动将结晶盐从活性区域推向被动区域，实现自清洁和盐收集。这种基于纳米结构的直接界面太阳能热结晶器（ABF-STIC）无需添加剂，也不产生卤水排放，能够同时从海水中生产淡水并提取几乎所有盐分。

SWBM面板由厚度为200微米的铝箔经单步飞秒激光加工制成，表面由平行微米级沟槽和脊线组成，并叠加了纳米结构。通过调节激光功率，可控制沟槽的深度和宽度。实验显示，在1.2瓦激光功率下制备的SWBM-1.2样品表现出性能：其平均太阳吸收率高达92%，峰值吸收率达98%。这种微纳结构协同作用实现了光陷阱效应和多重表面等离激元共振模式混合，确保了宽光谱范围内的高效光吸收。

真实海水淡化性能验证

在模拟太阳光（1个太阳强度）照射下，研究团队对SWBM样品进行了实际海水（取自美国纽约火岛附近的大西洋海水）的蒸发测试。对比实验表明，传统亲水多孔纤维在处理模拟海水时表现良好，但在处理真实海水时，由于镁和碳酸钙等难溶矿物的存在，会在氯化钠晶体间形成致密硬壳，导致毛细流受阻、盐分反向结晶并堵塞表面。

数据显示，SWBM-1.2和SWBM-1.5样品在运行过程中表面始终保持清洁。盐分结晶从边缘开始并向外扩展，避免了活性区域的积累。其中，SWBM-1.2因兼具高光吸收率、良好的热局域化效应以及较大的气水界面长度，表现Zui优。在连续24小时循环测试（8小时光照+16小时黑暗）中，其白天平均蒸发速率为1.76 ± 0.03 kg m⁻² h⁻¹，夜间为0.67 ± 0.01 kg m⁻² h⁻¹，太阳能到蒸汽的转换效率约为74%。

零排放与盐分同步提取

传统界面蒸发器在夜间蒸发速率降低时，白天积累的盐分会重新溶解回水箱，导致卤水浓度不断升高Zui终无法处理。而ABF-STIC系统通过优化表面结构，使盐分始终 confined 在被动区域，不会回流至水源。研究团队搭建了原位实验平台，连续监测7天，结果显示该系统无需维护即可持续净化太平洋、大西洋和印度洋的海水。

在标准太阳光照下，该系统的平均蒸发速率为1.76 ± 0.04 kg m⁻² h⁻¹，盐分收获速率高达61.74 ± 2.46 g m⁻² h⁻¹，实现了近的盐分提取率。这一过程利用了“咖啡环效应”和盐分爬行现象，通过加深加宽沟槽增强了自清洁能力，真正实现了无添加剂、零卤水排放的高效海水淡化与资源回收。

这项技术为中国企业在高端水处理装备领域提供了重要参考。面对全球对可持续水资源管理的需求，中国企业可借鉴其微纳结构设计与激光制造工艺，开发低成本、高效率的模块化海水淡化设备，特别是在海岛供电及偏远地区淡水供应场景中，有望通过“淡化+提锂/提盐”的综合模式提升经济附加值，推动绿色海洋工程技术的产业化落地。