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太陽能(neng)(neng)作為一種清潔可持續的(de)綠色能(neng)(neng)源成為近年(nian)來能(neng)(neng)源轉化(hua)利用的(de)焦點(dian)，已經被廣(guang)泛應用于光(guang)伏發電(dian)、光(guang)催化(hua)及(ji)光(guang)熱轉化(hua)等(deng)領域。其(qi)(qi)中(zhong)利用光(guang)熱轉化(hua)原理進行海(hai)水(shui)淡(dan)化(hua)，是一種低成本、低維護(hu)的(de)海(hai)水(shui)淡(dan)化(hua)技術(shu)。目前的(de)光(guang)熱轉化(hua)材(cai)料(liao)主要有(you)(you)碳基材(cai)料(liao)、等(deng)離激元材(cai)料(liao)以(yi)及(ji)半導體材(cai)料(liao)等(deng)，上(shang)述材(cai)料(liao)由于其(qi)(qi)自身的(de)物理化(hua)學穩(wen)定性(xing)，在高鹽霧(wu)、高溫度、高濕(shi)度以(yi)及(ji)高腐蝕等(deng)極端(duan)環境(jing)下存在應用局限，比(bi)如高鹽海(hai)水(shui)（10wt%）、苦咸水(shui)、強極性(xing)有(you)(you)機(ji)溶劑、油水(shui)乳液(ye)等(deng)多介質(zhi)的(de)分離及(ji)純化(hua)等(deng)。

為(wei)解決上述問題，中國科學院寧波材料技術(shu)與工程研(yan)究所先進(jin)功能(neng)膜團(tuan)隊(dui)研(yan)究員(yuan)劉富設(she)(she)計并(bing)制備(bei)了一(yi)種(zhong)具有超穩(wen)定環(huan)境(jing)耐受(shou)性(xing)的(de)(de)碳纖(xian)維(wei)(wei)材料，用于光(guang)熱(re)轉(zhuan)化(hua)多介質(zhi)純化(hua)。研(yan)究團(tuan)隊(dui)通(tong)過水熱(re)合成技術(shu)在(zai)碳纖(xian)維(wei)(wei)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)引入穩(wen)定的(de)(de)碳層(ceng)，提高(gao)(gao)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)粗糙(cao)度，比表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)積增加到0.5m2g，在(zai)波長(chang)為(wei)200-2500nm的(de)(de)光(guang)吸收由改性(xing)前的(de)(de)89%提升到97%；并(bing)且碳化(hua)改性(xing)過程中有部分極(ji)(ji)性(xing)官能(neng)團(tuan)引入，改性(xing)后的(de)(de)碳纖(xian)維(wei)(wei)的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)極(ji)(ji)性(xing)提高(gao)(gao)，極(ji)(ji)性(xing)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)能(neng)提高(gao)(gao)到20mM/m，使得碳纖(xian)維(wei)(wei)能(neng)夠依靠纖(xian)維(wei)(wei)之間的(de)(de)毛細力對液(ye)體（水或者(zhe)有機溶劑）進(jin)行自提取，不需要附加額外(wai)的(de)(de)汲取材料，簡(jian)化(hua)了太陽能(neng)蒸發器件的(de)(de)設(she)(she)計。編織后的(de)(de)碳纖(xian)維(wei)(wei)層(ceng)可直接(jie)作(zuo)為(wei)汲水及光(guang)熱(re)轉(zhuan)化(hua)層(ceng)進(jin)行多種(zhong)介質(zhi)的(de)(de)純化(hua)。

實驗(yan)結(jie)果(guo)(guo)表(biao)(biao)明，碳(tan)化改性(xing)后的(de)碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)(wei)的(de)光熱(re)(re)轉化效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)可(ke)(ke)達到(dao)92.5%，在(zai)一個(ge)(ge)標(biao)準(zhun)太(tai)陽下對(dui)海(hai)水(shui)的(de)光熱(re)(re)轉化速率(lv)(lv)達到(dao)1.47Kgm-2h-1，在(zai)五個(ge)(ge)標(biao)準(zhun)太(tai)陽下光熱(re)(re)轉化速率(lv)(lv)為～5.86Kgm-2h-1，并(bing)且(qie)對(dui)高鹽(yan)(yan)海(hai)水(shui)（模擬死(si)海(hai)海(hai)水(shui)，鹽(yan)(yan)濃(nong)度(du)10wt%）具有長(chang)期穩定(ding)的(de)脫鹽(yan)(yan)效(xiao)(xiao)(xiao)果(guo)(guo)，碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)(wei)蒸餾器(qi)在(zai)室(shi)外(wai)連續運(yun)行(xing)(xing)10天(tian)，每天(tian)的(de)產水(shui)量穩定(ding)在(zai)～7Kgm-2，并(bing)保持穩定(ding)的(de)機(ji)械(xie)強度(du)。由于碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)(wei)豐富的(de)多級纖(xian)維(wei)(wei)(wei)結(jie)構及(ji)良(liang)好(hao)的(de)毛細汲(ji)水(shui)能力(li)，對(dui)于高鹽(yan)(yan)海(hai)水(shui)在(zai)纖(xian)維(wei)(wei)(wei)表(biao)(biao)面(mian)的(de)結(jie)晶具有良(liang)好(hao)的(de)溶(rong)(rong)解(jie)及(ji)自修復能力(li)，結(jie)晶析出在(zai)碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)(wei)表(biao)(biao)面(mian)的(de)鹽(yan)(yan)經(jing)過(guo)一晚上(shang)靜(jing)置，會(hui)重新溶(rong)(rong)解(jie)到(dao)海(hai)水(shui)中(zhong)，從而不會(hui)影響碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)(wei)的(de)光熱(re)(re)轉化效(xiao)(xiao)(xiao)果(guo)(guo)。此外(wai)，改性(xing)后的(de)碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)(wei)對(dui)于水(shui)包油乳液(ye)（非揮發(fa)性(xing)硅油）具有良(liang)好(hao)的(de)去(qu)除(chu)(chu)效(xiao)(xiao)(xiao)果(guo)(guo)，水(shui)中(zhong)硅油含(han)(han)量可(ke)(ke)由10000ppm降低到(dao)11.9ppm；可(ke)(ke)對(dui)印染行(xing)(xing)業中(zhong)含(han)(han)染料的(de)有機(ji)溶(rong)(rong)劑如二甲基(ji)乙(yi)酰胺進行(xing)(xing)純(chun)化，表(biao)(biao)現(xian)出良(liang)好(hao)的(de)脫色(se)及(ji)純(chun)化效(xiao)(xiao)(xiao)果(guo)(guo)，染料去(qu)除(chu)(chu)率(lv)(lv)達99.99%，蒸發(fa)速率(lv)(lv)為0.98Kgm-2h-1，并(bing)且(qie)可(ke)(ke)以長(chang)期耐受強極性(xing)有機(ji)溶(rong)(rong)劑二甲基(ji)乙(yi)酰胺（浸泡(pao)10天(tian)），其機(ji)械(xie)強度(du)不發(fa)生(sheng)變化。

上述(shu)結果表明(ming)碳(tan)化(hua)(hua)改性(xing)碳(tan)纖(xian)維材(cai)料，在(zai)多(duo)介質(zhi)純(chun)化(hua)(hua)領域(yu)具有廣闊的應(ying)用前景，如(ru)高(gao)鹽(yan)海水脫(tuo)鹽(yan)、有機溶劑脫(tuo)色、油水乳液脫(tuo)油等，大大拓展了目前碳(tan)纖(xian)維以及光熱轉化(hua)(hua)材(cai)料在(zai)溶劑純(chun)化(hua)(hua)方面的應(ying)用領域(yu)。該成果以Ultra-robust carbon fibers for multi-media purification via solar-evaporation 為(wei)題發表于Journal of Materials Chemistry A (DOI: 10.1039/c8ta08829b)。博(bo)士生(sheng)李田(tian)田(tian)和副研究員方齊樂為(wei)該論文的共同第一作者，劉富為(wei)該論文的通訊作者。

上述研(yan)究(jiu)工作得到國家自然科學基金（51673209, 5161101025）、中(zhong)科院青促會（2014258）、寧波(bo)市(shi)科技局（2014B81004, 2017C110034）等的(de)支持。寧波(bo)材(cai)料所特(te)纖事業部研(yan)究(jiu)員(yuan)陳友汜和博士生(sheng)席(xi)先鋒對該工作提供了支持。

圖：碳(tan)化改性碳(tan)纖維光熱轉化性能 

圖(tu)：碳化改性碳纖維對水包油乳液和含染料有機溶劑的(de)純化性能