钙钛矿氧化物LSCO：淡化海水 生生不息

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淡水一直是人类社会赖以生存的基本物质之一。随着社会经济发展和工业化进程的推进，人类对淡水资源的需求日益增长。而数据显示，目前仅存在于河流、湖泊和可供人类直接利用的地下淡水已经不足0.36。沿海盐碱地区、内陆苦咸水地区以及一些岛屿一直缺乏淡水。

盯上了太阳能

淡水资源稀缺的压力之下，对占地球总水量的97%以上的海水进行淡化成为扩大淡水来源的有效途径之一。科学家们将目光投向海洋资源，开发了太阳能海水淡化技术。

与常规蒸馏法、离子交换法、渗析法等传统淡化方法相比，太阳能海水淡化技术几乎不消耗石油、天然气、煤炭等常规能源，95%能耗来自太阳能，绿色无污染。所得淡水纯度高，一经开发便得到广泛应用。

太阳能海水淡化技术通常是将光热材料置于海水表面或上方，通过毛细管作用将海水输送至光热材料上表面，太阳光照射之下，光热材料表面迅速升温，使其表面海水迅速蒸发。这种表面光热水蒸发具有极高的能量转化效率，在海水淡化应用方面具有较大发展前景。

但是，当光热材料投放到自然水域中，水域中存在的污染物问题也浮现出来。

污染物的阻挠

在自然水域中，存在着藻类等生物污染物与种类繁多的有机污染物。进入河口、近海的生活污水、工业废水、农牧业排水和地面径流污水中过量的有机物质，包括碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸、脂肪酸酯类，以及营养盐（氮、磷等）等造成的污染。污染物富集在光热膜中，甚至完全覆盖光热膜，导致光热材料性能下降、失效。

理论上，可以通过高温降解来降低有机物中酶的活性，透过影响污染物溶解度来对污染物进行有效降解，实现膜再生。实际上，如果只靠污染物自行热分解，需达到较高温度，耗费巨量能源。

太阳能海水淡化技术原理

光热材料能够实现光热转换，在太阳能驱动海水蒸发产生淡水的过程中扮演着重要的角色。太阳能光热膜是太阳能光热转化的关键组成部分。在实际应用中，由于自然水域存在众多污染物，容易造成膜污染，致使膜材料不能很好地发挥作用。

多孔膜问世

有没有办法更好地实现污染物分解，以及膜材料的节能再生呢？

自然水域的污染物本可以通过高温降解来祛除。可是，一些污染物分解过程需要较高的温度，采用高温降解方式造成巨额能源耗费。鉴于此，中国科学院青岛生物能源与过程研究所成功开发出多功能钙钛矿氧化物多孔膜及节能再生技术，降低污染物燃烧分解温度，实现膜材料节能再生。

在这种情况下，科学家们进行了大量调研，发现了在高温催化、气体分离及光催化等领域具有广泛应用前景的钙钛矿氧化物。这种氧化物具有独特的催化活性，光热性能也不错。如果把两种性能同时利用起来效果会怎样呢？

基于这种大胆的设想，青岛能源所膜分离与催化研究组前期在新型钙钛矿氧化物开发及其催化-膜分离性能研究方面做了大量工作，开发出了多功能钙钛矿氧化物La0.7Sr0.3CoO3（LSCO）多孔膜。

膜节能再生

切片具有良好的光热性能和催化燃烧活性，使它可以在相对较低的温度下催化诸如藻类等生物及有机污染物的热分解，整个过程能耗非常低。

在以水藻、三聚氰胺为污染物的测试中，LSCO多孔膜显著降低了附着其上的污染物的燃烧分解温度，减少了多孔膜在燃烧分解过程中的再生能耗，达到节能再生的目的。由于LSCO多孔膜热稳定性高，多次膜再生循环后性能基本不受影响。

LSCO多孔膜不仅可催化降解生物污染物，实现多孔膜的节能再生，还能够促进高效的太阳光驱动水蒸发。实验显示，切片具有设计合理的表面和分层多孔结构，有助于光的收集，从而大大提高蒸发速度。同等阳光照射下约为自然水蒸发率的420%，实现高效蒸发。

由于具有超亲水性表面和多孔结构，海水可及性高，切片可实现长期排盐，并在脱盐过程中保持稳定的蒸发性能。这对于实际的太阳能驱动海水淡化具有重要意义。

科学家们巧妙利用钙钛矿氧化物的光热和催化性能，开发出多功能钙钛矿氧化物LSCO多孔膜，既解决了光热膜在实际应用中的生物污染问题，实现了光热膜的节能再生，又提高了太阳能驱动海水淡化速度。光热膜性能越好，光热材料在实际水环境中的应用便越成熟。

位于美国加利福尼亚州的淡化海水玻璃圆球

LSCO多孔膜的出现还为新材料的应用提出了另一方向。利用一种材料的两种特性开发新材料是成功的实践，下次是否可以专攻同时具有两种不同特性的材料呢？如果可以，材料应用的多样性将再次上升一个层次。