太陽能(néng)作爲一種(zhǒng)清潔可持續的綠色能(néng)源成(chéng)爲近年來能(néng)源轉化利用的焦點，已經(jīng)被(bèi)廣泛應于光伏發(fā)電、光催化及光熱轉化等領域。其中利用光熱轉化原理進(jìn)行海水淡化，是一種(zhǒng)低成(chéng)本、低維護的海水淡化技術。目前的光熱轉化材料主要有碳基材料、等離激元材料以及半導體材料等，上述材料由于其自身的物理化學(xué)穩定性，在高鹽霧、高溫度、高濕度以及高腐蝕等極端環境下存在應用局限，比如高鹽海水（10wt%）、苦鹹水、強極性有機溶劑、油水乳液等多介質的分離及純化等。
爲解決上述問題，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所先進(jìn)功能(néng)膜團隊劉富研究員設計并制備了一種(zhǒng)具有超穩定環境耐受性的碳纖維材料，用于光熱轉化多介質純化。研究團隊通過(guò)水熱合成(chéng)技術在碳纖維表面(miàn)引入穩定的碳層，提高表面(miàn)粗糙度，比表面(miàn)積增加到0.5m2g，在波長(cháng)爲200-2500nm的光吸收由改性前的89%提升到97%；并且碳化改性過(guò)程中有部分極性官能(néng)團引入，改性後(hòu)的碳纖維的表面(miàn)極性提高，極性表面(miàn)能(néng)提高到20mM/m，使得碳纖維能(néng)夠依靠纖維之間的毛細力對(duì)液體（水或者有機溶劑）進(jìn)行自提取，不需要附加額外的汲取材料，簡化了太陽能(néng)蒸發(fā)器件的設計。編織後(hòu)的碳纖維層可直接作爲汲水及光熱轉化層進(jìn)行多種(zhǒng)介質的純化。
實驗結果表明，碳化改性後(hòu)的碳纖維的光熱轉化效率可達到92.5%，在一個标準太陽下對(duì)海水的光熱轉化速率達到1.47Kgm-2h-1，在五個标準太陽下光熱轉化速率爲～5.86Kgm-2h-1，并且對(duì)高鹽海水（模拟死海海水，鹽濃度10wt%）具有長(cháng)期穩定的脫鹽效果，碳纖維蒸餾器在室外連續運行10天，每天的産水量穩定在～7Kgm-2，并保持穩定的機械強度。由于碳纖維豐富的多級纖維結構及良好(hǎo)的毛細汲水能(néng)力，對(duì)于高鹽海水在纖維表面(miàn)的結晶具有良好(hǎo)的溶解及自修複能(néng)力，結晶析出在碳纖維表面(miàn)的鹽經(jīng)過(guò)一晚上靜置，會重新溶解到海水中，從而不會影響碳纖維的光熱轉化效果。此外，改性後(hòu)的碳纖維對(duì)于水包油乳液（非揮發(fā)性矽油）具有良好(hǎo)的去除效果，水中矽油含量可由10000ppm降低到11.9ppm；可對(duì)印染行業中含染料的有機溶劑如二甲基乙酰胺進(jìn)行純化，表現出良好(hǎo)的脫色及純化效果，染料去除率達99.99%，蒸發(fā)速率爲0.98Kgm-2h-1，并且可以長(cháng)期耐受強極性有機溶劑二甲基乙酰胺（浸泡10天），其機械強度不發(fā)生變化。
上述結果表明碳化改性碳纖維材料，在多介質純化領域具有廣闊的應用前景，如高鹽海水脫鹽，有機溶劑脫色，油水乳液脫油等，大大拓展了目前碳纖維以及光熱轉化材料在溶劑純化方面(miàn)的應用領域。該成(chéng)果以“Ultra-robust carbon fibers for multi-media purification via solar-evaporation”爲題發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A (DOI: 10.1039/c8ta08829b)。博士生李田田和方齊樂副研究員爲該論文的共同第一作者，劉富研究員爲該論文的通訊作者。全文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ta/c8ta08829b#!divAbstract
上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（51673209, 5161101025）、中科院青促會（2014258）、甯波市科技局（2014B81004, 2017C110034）等項目的支持，并感謝特纖事(shì)業部陳友汜研究員和博士生席先鋒對(duì)該工作的大力支持，。
圖1 碳化改性碳纖維光熱轉化性能(néng)
圖2 碳化改性碳纖維對(duì)水包油乳液和含染料有機溶劑的純化性能(néng)
（高分子事(shì)業部 李田田 方齊樂 劉富）
