织物基太阳能蒸发器的研究进展

何泓贝　朱清楷　任海涛

摘 要：随着淡水资源短缺的问题日益加剧，太阳能热脱盐技术受到越来越多研究者的关注。太阳能水热蒸发相比其他海水淡化方式具有成本低、污染小等特点，获得高效光热蒸发效率的关键在于如何更好地将收集的太阳能转换为热能并减少热量损失。此外，若要维持蒸发器的蒸发速率并延长使用寿命，需要其具备优异的耐盐性能。织物具有的疏松多孔结构可以实现高效的水运输，优异的柔韧性和弹性能与蒸发器更好地兼容。文章综述了织物基太阳能蒸发器的优势、光热原理不同光热材料的光热效果以及提高耐盐性和蒸发速率的方法。最后对太阳能蒸发器的未来发展和应用方向进行了展望。

关键词：织物；太阳能蒸发器；海水淡化；光热

中图分类号：TS102.1 文献标志码：A 文章编号：1009-265X（2023）06-0267-10

水是生命之源，地球虽然有13亿8600万立方千米的总水量，但其主要分布在海洋，人类能饮用的淡水资源只有3500万立方千米，而陆地上淡水湖和淡水河的水量不足地球总水量的1%，全球近20%的人口面临水资源短缺的问题［1］。全球水危机正笼罩着许多国家，为了减轻水资源问题，海水淡化技术应运而生。然而，海水淡化厂几乎都以化石燃料为主要热源。在中东地区一座海水淡化厂每年要排放7600万吨的二氧化碳［2］，而且海水淡化还会产生另一种副产物：高盐卤水［3］。从海水中提取淡水后，盐废水通常会被送回海洋，并在重力作用下沉入海底，使得海底盐分含量增加和氧气含量骤降，进而对海洋生态系统造成破坏。倘若没有新的可替代能源，预计到2050年，海水淡化厂产生的盐废水将成为巨大的问题，排放的二氧化碳也会增加到4亿吨［4］。由于水资源缺乏的地区大多太阳能充裕，且太阳能水热蒸发成本较低，同时此方法也契合碳中和理念。因此，具有低成本的太阳能热脱盐技术可为海水淡化提供新途径。

1 海水淡化技术

海水淡化技术是将海水中大量的盐分和矿物质去除而获得淡水的工艺。根据从海水中脱盐模式的不同，传统的海水淡化技术主要分为热法和膜法。

热法是通过将海水加热，蒸发的水蒸气冷凝成淡水。这种方法对水质的要求较低，所得水纯度较高。目前主流的热法海水淡化技术包括低温多效蒸馏技术和多级闪蒸技术。低温多效蒸馏技术利用罐内低压以降低料液沸点，使低于70 ℃的原料海水通过多次的蒸发和冷凝得到蒸馏水；多级闪蒸技术通过制造低压条件，降低海水沸点获得大量蒸汽。多级闪蒸技术是目前海水淡化中最成熟的技术，主要在海湾地区使用。然而，该技术需要对海水进行预处理，操作工艺复杂，设备要求高，多用于大型海水淡化工程。这两者占海水淡化总份额约为25%［5］。膜法是指海水在外力作用下通过半透膜，盐分被截留而水通过膜淡化海水的方法，主要包括反渗透法，电渗析以及膜蒸馏法。目前比较成熟的工艺是反渗

透法，其工艺是将预处理去除大部分杂质后的海水，在海水侧施加高于两侧溶液渗透压差的压力，分离出淡水与浓盐水。反渗透法能在常温下进行操作，耗能较低，运行效果稳定，但是需要高压设备，原水利用率只有75%～80%，膜寿命较低，且需要定期更换和清洗。占海水淡化总份额约为69%［4］。

除了主要的热法和膜法之外，还有化学法，主要包括水合物法［6］和离子交换法［7］。这两种化学法目前还在发展阶段，尚未在商业中广泛运用。传统海水淡化技术如图1所示。

1.1 太阳能海水淡化技术

太阳能海水淡化技术是一种利用太阳能来提取海水中的盐分，从而达到淡化海水的目的。其原理是太阳能吸收材料通过接收太阳辐射并将其转化为热量以提高水的温度，从而促进蒸发。根据Clausius-Claperon方程，液态水会蒸发直至空气中蒸汽的分压等于水在给定温度下的饱和压力。利用太阳能使海水发生相变实现蒸发可以将海水淡化成能直接饮用的水，也可用作农业灌溉、工业用水等。近几年太阳能蒸发器的蒸发效果见表1。根据太阳能吸收器的放置方式不同，可分为太阳能分散吸收器和太阳能表面吸收器两种类型［8］。

1.1.1 分散太阳能吸收器

分散吸收器主要是利用分散在海水中的纳米颗粒（NPs），主要包括金属NPs和碳基NPs，纳米颗粒均匀分散在水中，能与特定波长的光，尤其是近红外光相互作用，通过等离子体共振或者电子跃迁引起电磁场变化，电磁波和水界面处的物质相互作用使纳米颗粒被加热。

分散吸收器主要是通过提高光学吸收效率来提高光热转换效率。该吸收器会导致热量分散，热量会通过热传递和热辐射传递到整个水体中，导致蒸汽转化效率较低。Kuzmenkov等［12］測试了两种主要尺寸为49 nm和72 nm的多壁碳纳米管，以及110 nm的Fe3O4颗粒。发现Fe3O4悬浮液的蒸发效率最高可达58%。而多壁碳纳米管体系的蒸发效率最高为67%。Ulseta等［13］的实验结果表明，尺寸为（51±17） nm的石墨悬浮液蒸发效率可达70%，这是由于石墨颗粒的形状接近球形，使悬浮液具有更好的稳定性。

由于分散的NPs在水中的界面体积比较大，NPs中转化的热量可以迅速向水中转移。然而，NPs的传热量较低，且NPs周围的气泡成核具有较高的阈值［14］，太阳照射导致的局部温度升高不足以使NP-水界面处的气泡成核［15-16］。

1.1.2 表面太阳能吸收器

相比于分散太阳能吸收器，表面太阳能吸收器更具优势。表面吸收器漂浮在水上，有的漂浮物本身就是吸收器，太阳能加热浸润在蒸发器中的水；有的被放置在漂浮物上，单独的漂浮物可以带来良好的隔热效果，热量更加集中。与水分隔的结构更方便其回收利用。

表面吸收器的光热材料和光热原理与分散吸收器并没有太大差别，表面吸收器的金属NPs或碳基材料装载在多孔支架中，支架具有输送水的功能，使水与光热材料接触，由于加热的只有少量浸润的水，而不是整个水体，热量传导到整个水体较少。与分散吸收器相比，表面吸收器加热的水可以更快达到更高的温度，因此蒸发速率更快。此外，由于整个水体保持在较低的温度下，其与环境的温差较小，因此水体与环境的热交换较少。与NP悬浮液相比，加载到支架中的NPs也可以避免加热过程中NPs的聚集和损失，方便NPs的回收利用。

1.2 太阳能海水淡化技术面临的挑战

太阳能海水淡化技术由于存在蒸发率低的问题还未被广泛应用。这要求装置不仅要具备高的光热转化效率，还要拥有良好的隔热性能或特定结构来抑制或减少热量散失，良好的亲水性能来实现高效水运输。目前来看，表面太阳能蒸发器可具备上述特性。但是想要让太阳能海水淡化技术广泛应用于商业，还需要其具备高耐盐性能和防污性能来维持装置的长时间稳定工作，简化生产工艺和降低材料成本。

2 织物基太阳能蒸发器

2.1 蒸发器结构

在追求高蒸发性能的同时，需要满足热损失、水供应与盐结晶三者之间的平衡。过量的水供应会导致更大的热损失，过快的水蒸发会导致盐在蒸发器表面结晶从而影响光热性能。织物结构太阳能蒸发器属于表面太阳能吸收器，因具有优异的性能和较低的价格而受到研究者的青睐。织物自身的疏松多孔结构利用毛细效应可提供高效的水运输。此外，织物结构具备的柔韧性与弹性可以使表面蒸发器具备更好的兼容性，并且可以改变织物基底的吸附性能，使其与光热材料更好地结合。目前有关太阳能蒸发器的研究中，主要使用了棉、麻、尼龙、芳纶、腈纶、聚丙烯（PP）非织造材料以及水凝胶作为基底。

2.1.1 多孔结构

非织造材料具有多孔结构，耐化学性能优异。由于纤维结构的毛细效应，表现出优异的水分输送性能，其具有的疏松多孔结构也有利于通过反射和散射来捕获更多的太阳光。非织造材料虽然价格便宜，但它的强度和耐久性都不及纺织材料。

非织造材料本身具有很强柔韧性，可以与漂浮物良好兼容，对光热材料也有很好的吸附性，可以通过简单的物理方法进行负载。Sun等［17］采用浸涂法将炭黑（CB）负载到PP非织造布上，然后通过多巴胺（PDA）原位聚合将CB@PP进行包覆，得到具有超亲水性的PDA/CB@PP。得益于超高的亲水性，PDA/CB@PP织物在净化海水时表现出显著的耐盐性。Li等［18］以PP非织造布为基底，通过浸涂法制备了RGO@PP非织造布，并建立了桥式蒸发系统，在避免热量流失到海水的同时，在上下两侧形成共蒸发模式（见图2）。值得注意的是，此蒸发器上累积的盐结晶需要通过洗涤来清除，这需要蒸发器材料具有稳定的结构，以避免在洗涤过程中损坏。

2.1.2 3D结构

除了使用疏松多孔结构的无纺布作为基底材料，也有研究者通过编织使蒸发器具有3D结构来获得更大程度的光捕获，这使得纺织技术在太阳能海水淡化上具有更广阔的应用。

3D结构通过多次散射和全向光吸收，达到最大程度的光捕获。有研究者改善蒸发器表面的三维结构来提高光热性能，Lei等［19］设计了一种3D蜂窝状织物装饰亲水性的Ti3C2Tx（MXene），并编织成太阳能蒸发器（见图3）。以泡沫作为隔热屏障，在泡沫中心嵌入棉织物作为水路，通过凹面结构获得最大的光捕获，可以获得最小的热损失。蒸发器在1个太阳光照射下的蒸发效率高达93.5%，蒸发速率为1.62 kg/（m2·h）。

以水凝胶为基底的蒸发器由于水凝胶表面光滑，有研究者改變其形貌结构来减少对光的反射。Guo等［20］以聚乙烯醇（PVA）作为基底，Ti2O3作为太阳能吸收剂，通过冷冻干燥法制备了海绵状水凝胶，具有优异的机械性能和低导热率。在实验中发现PVA能显著降低水的潜热，在黑暗条件下水凝胶的蒸发速率远高于本体水。在1个太阳光下蒸发效率为90%，蒸发速率为3.6 kg/（m2·h）。Lei等［21］以石墨烯作为光热材料，利用盐模板方法，将特定粒度的NaCl固化到PVA中，最后将盐溶解得到海绵状的太阳能蒸发器。在1个太阳光下蒸发效率为93.5%，蒸发速率为2.04 kg/（m2·h）。也有研究者利用十二烷基硫酸钠（SDS）作为发泡剂将活性炭粉末（AC）和PVA的混合浆液通过机械搅拌均匀打发，制备了具有高弹性的海绵状水凝胶蒸发器［22］，改善了表面结构和机械性能。

除了改善蒸发器表面形貌，也可以改变蒸发器的整体结构来降低漫反射。Tu等［23］通过将高密度黑色尼龙纤维（BNF）插入PVC泡沫基材上，使用静电植绒技术来构建3D结构，实现了1.10 kg/（m2·h）的高蒸发速率（蒸发效率为72.8%），在真实海水蒸发条件下表现出良好的耐久性和稳定性，黑暗条件下，BNF植绒板表面堆积的盐晶体会自动溶解，并输送回本体。Lei等［24］利用“纤维-纱线-织物”的层次结构，通过在纤维表面构建聚多巴胺（PDA）/聚乙烯亚胺（PEI）-MXene-PDA/PEI核壳涂层，设计了垂直麻-纱线阵列的三维织物蒸发器（见图4）。具有亲水性PDA/PEI和Ti3C2Tx光热材料修饰的三维织物蒸发器在1个太阳光照下的蒸发量可达3.95 kg/（m2·h）。该独特的结构增强了对流扩散效应，在质量分数14%的盐水中，于1个太阳光下照射120 h后，表面也没有任何盐晶体。

2.1.3 桥式结构

与表面蒸发器不同，桥式结构让负载在蒸发器表面的光热材料与水分离，能最大程度减少热量传递到水体中。然而，由于桥式结构水供应较少，盐结晶堆积是不得不考虑的难题。目前通常的做法是用水洗去盐结晶，也有研究者另辟蹊径，如Liu等［25］设计了织物悬挂间接接触蒸发系统（见图5）。将亲水光热织物悬挂在空气中，织物的两个边浸入两个海水罐，在太阳光照射下，光热织物产生的热量可以被限制在织物内部，该装置在1个太阳光照射下（1.0 kW/m2），海水淡化的蒸发速率为1.94 kg/（m2·h），太阳能效率为89.9%。高浓度的盐水可以从弧形织物的底部滴下，不会出现固体盐堆积的现象。

这两种桥式结构蒸发器都有各自的缺点，Li［18］设计的蒸发器避开了蒸发器盐结晶的问题，蒸发器使用繁琐，使用寿命较短；Liu［25］设计的蒸发器让具有高热的浓盐水滴落，增加了热损失，并且装有浓盐水的水槽需要定期清理，不符合目前海水淡化的趋势。相比之下，He等［26］提出了一种通过Janus离子选择水凝胶实现离子的电迁移除盐，打破了历史上对水对流的依赖，并显著降低了热损失（见图6）。水凝胶的离子选择性使阳离子向下转移，阴离子向上转移，在蒸发器上下表面形成了两个高盐区，在蒸发器内建立了电势，利用离子迁移来增加耐盐性。7 d内能稳定快速地去除盐水中的盐，在质量分数15%的盐水中可达到6.86 kg/（m2·h）蒸发速率。

Janus离子选择水凝胶从蒸发表面分别降低阳离子和阴离子浓度，由此产生的电迁移提高了耐盐性，而不是像传统的耐盐策略那样增加水流，因此，热量损失被巧妙地减少，蒸发效率达到了前所未有的高度。

2.2 功能性修饰

2.2.1 光热性能

太阳能光谱的波长范围在200～2500 nm，其辐射能主要分布在可见光区和红外区，前者约占太阳辐射总能量的50%，后者约占43%，太阳紫外区占总能量的7%。理想的光热材料需要能吸收波长在200～2500 nm的全太阳光谱的光且具有优秀的光热转换能力。

目前研究的光热材料有金属NPs（包括Au、Ag、Al、Pt），金属氧化物，以及碳基材料（包括碳，石墨，聚吡咯以及MXenes）等。

光热机理分为3类：等离子体局域加热，电子空穴的产生和弛豫，分子的热振动［27］。一些金属NPs（如Au［28］、Ag［29］、Cu［30］、Al［31］）可以有效地与特定波长的光相互作用并产生热，这主要是因为等离子体共振，自由电子集体激发并产生热电子，热电子具有很高的动能，可以将光能转化为热。在MoS2［32］、CuS［33］、Fe3O4［34］等半导体的非辐射弛豫中，太阳光照射产生电子-空穴对，电子-空穴对将激发到带隙边缘并发射声子，将太阳能转化为热能［35］（见图7）。碳基NPs在可见光和近红外范围具有很高的光吸收效率，这是因为π电子云拥有相近的能级，电子可以很容易地从π轨道激发到π*轨道，通过晶格振动将这种能量转化为热量。Mu等［36］将聚4-乙烯基吡啶（P4VP）纳米纤维与Au NPs相结合，制备了P4VP-Au NP复合薄膜，在3.4 kW/m2的太阳光照下，太阳能热转换效率为77%，蒸发速率为3.4 kg/（m2·h）。石墨烯衍生物也被添加到水凝胶中，拥有极高的光热转化效率：Zhou等［37］将还原氧化石墨烯（rGO）负载到聚乙烯醇（PVA）框架中，rGO渗透在聚合物网络中，具有的毛细水通道可以增加水的运输。在1个太阳照射下的蒸发效率为95%，蒸发速率为2.5 kg/（m2·h）。为了降低成本，也有很多研究者将天然植物碳化作为光热材料。天然植物如树木［38］、蘑菇［39］等可以通过简单的碳化过程制备成光热材料。天然植物具有自漂浮性，低导热性和亲水性，还有多孔微结构作为水通道，是良好的蒸发器材料。

在实际应用中，可能涉及不止一种光热机理，尤其是对于包含两种或两种以上组分的光热化合物。MXenes是一种新型的过渡金属碳化物，是一种极好的二维纳米材料，在近红外区域具有很强的吸收特性。Xiao等［40］使用乳液浸渍涂层法来制备超疏水织物复合材料，MXene纳米片和PDA层通过氢键连接，聚二甲基硅氧烷在织物表面形成颗粒，改善了表面粗糙度，使织物具有超疏水性，防止织物表面的盐积累。此蒸发器在1个太阳光下的蒸发速率为1.526 kg/（m2·h），蒸发效率为93.3%。

值得注意的是，半导体在光照下，生成的电子-空穴对具有强还原氧化能力，可以降解有机物，解决了传统界面蒸发体系中非挥发性杂质残留导致的二次污染问题［11］，同时光热具有的杀菌效果也能防止生物污染［41］，让蒸发器在实际使用中拥有更长的寿命，但是降低了光热转化效率。

2.2.2 耐盐性能

蒸发器表面的盐沉积影响了以毛细管为基础的水运输，优异的耐盐性能可有效维持蒸发器的蒸发速率并延长其使用寿命，目前增加耐盐性能的方式有两种。a）增加亲水性减少盐沉积：通过提高亲水性使蒸发器中离子浓度降低，不足以使高浓度海水结晶。b）增加疏水性减少盐沉积：通过排斥盐离子来减小蒸发器表面的盐浓度来减少盐结晶。而最新的研究表明，可以利用离子的电迁移除盐［26］。也有研究者不在蒸发器的耐盐性上做研究，而是通过洗涤来清除积累的盐结晶［18，42］。积累的盐会影响织物的性质，Shoeibi等［43］发现由于盐的沉积，织物的毛细现象有所减弱，这会使水通道堵塞，严重影响蒸发性能。

2.2.2.1 亲水改性

改善亲水性可以使用超亲水材料作为基底，比如PVA或丙烯酰胺，也可以在蒸发器表面涂覆亲水性膜。一般来说蒸发材料的顶部和基材的亲水性不同，底部通常比顶部更亲水，一方面可以改善水的运输，另一方面，在顶部被加热的水较少，增加了蒸发速率。Zhou等［37］设计的氧化石墨烯（rGO）渗透到聚乙烯醇（PVA）制备的混合水凝胶太阳能蒸发器，拥有极高的亲水性，水蒸发后离子浓度不足以引起结晶，即使海水盐度为20%，也能保持其蒸发速率和防污性能。而Sun等［17］采用浸涂法制备的具有超亲水性的PDA/CB@PP，不仅可以防止盐的结晶，还可以重新溶解其表面的盐颗粒，织物的亲水多孔结构保留了水通道，可以提供持续的供水，防止了盐的积累。

除此之外，Meng等［44］通過涂覆聚乙烯亚胺（PEI）在不破坏MXene膜结构的情况下，成功地调节了MXene膜的表面电荷，提高了MXene膜的亲水性，由于静电斥力和粒度筛分的协同作用，表现出优异的透水性和高耐盐性。除了对原本亲水性较低的材料通过改性来提高其亲水性，还可以用具有高亲水性的网格材料来提高水分的输送速率［19，37］。

2.2.2.2 疏水改性

与亲水改性相反，对蒸发器表面进行疏水改性也可以增加其耐盐性能，亲水性水路运送的水无法进入吸收器内部，被限制在水路内。水通道顶部的盐浓度增加，在浓度梯度的驱动下，盐可以从高浓度向低浓度转移，最终回到水体中，在装置中不会有盐沉积。Xiao等［40］使用聚二甲基硅氧烷对丙纶进行改性，使织物具有超疏水性并提升其稳定性。Tang等［45］通过使用全氟硅烷改变MXene的亲水性，得到超疏水MXene纳米片。

针对MXene材料，除了可以改善其亲水或疏水性能来提高耐盐性，还可以通过插入金属离子来实现对盐的截留，增加其耐盐性能。如Ding等［46］通过Al3+离子的嵌入制备非溶胀MXene膜。Al3+离子充当黏合剂，以抑制MXene膜在水中的溶胀和实现对盐的截留，对NaCl的截留率高（约89.5%～99.6%），水通量大（约1.1～8.5 L/（m2·h））。在相邻MXene纳米片之间插入Al3+不仅可以固定MXene层间距，而且可以让水快速渗透并截留盐溶质。

2.3 熱管理和水供应

良好的热管理可以很大程度上防止热量散发到环境中，以提高热转化为蒸汽的效率。太阳能主要通过传导、辐射和对流［47-49］3种传热方式损失。减少向水体中的导热散热是最重要的一环。在没有任何热管理设计的情况下，若吸收器直接与水体接触，会有7%的辐射损失，5%的对流损失和43%的传导损失［50］。水路设计是实现连续高效水运输的关键因素，水源定向持续的流向局部加热区，才能高效地产生水蒸气。

为了实现热损失和水供应之间的平衡，近年来表面太阳能吸收器主要分为两种类型：亲水双层结构和具有专用输水通道的孔道结构。亲水泡沫在使用过程中会被水浸泡，其导热率接近于水，远高于干燥状态，使用整个漂浮材料吸水，这实际上会影响局部热化。一些研究者在非湿润性漂浮物中安装了独立的亲水性水通道［19，23］，来最大程度地减少热量流失。

为了设计理想的保温层并使其漂浮在水面上，一般采用导热系数低且密度低的材料，如木材、气凝胶、聚苯乙烯泡沫等。木材一直是研究的热门材料［51］，由于木材的各向异性纹理，减少了横平面方向的热传导［52］，在同样的导热系数下，木材的隔热效果要好很多，能最大限度地减少热量损失到水体中。除了木材具有各向异性的热传导，江金鱼等［53］发现了以环氧树脂作为基体，以碳纤维作为增强相的碳纤维增强环氧树脂。热量会优先沿碳纤维的轴向方向由高温区域传导至低温区域，可以有效地实现定向散热，在海水淡化的隔热保温层可能有潜在应用。

在1个太阳光下，目前大部分蒸发器的蒸发速率都低于疏水多孔材料的吸水速率（1.87 kg/（m2·h））［54］，且远低于常见亲水多孔材料（超过1000 kg/（m2·h））［55］。因此，由于蒸发速率较低，水供应并不会限制蒸发，使用专用水通道的非湿润泡沫可在实现高效水运输的同时有效减少热损失。

3 结论与展望

为了缓解全球水危机，出于成本和环保考虑，太阳能海水淡化是最为理想的技术。虽然目前太阳能蒸发器的蒸发效率相对较低，为家庭提供清洁用水还不切实际，但在提供家庭饮用水方面仍有意义。

要想实现高蒸发速率，高光热转换效率和耐盐性、优秀的热管理和水供应缺一不可。以下方法可以提高太阳能蒸发器的蒸发效果。

a） 改变蒸发器的表面形貌或者改变蒸发器的整体结构，来获得最大的光捕获。

b）使用具有亲水性孔道的疏水材料来减少热损失。织物结构的材料拥有优异的亲水性，由于其吸水速率高于蒸发速率，水供应不会限制蒸发速率。

c）通过提高亲水性或者增加疏水性来提升耐盐性能。优异的耐盐性能可有效维持蒸发器的蒸发速率并延长其使用寿命。

d）改进蒸发器结构。表面太阳能蒸发器中的桥式结构具有最小的热损失，它避免了热量向水体传导并在下表面也形成了蒸发面。

目前蒸发速率最高的太阳能蒸发器是Janus水凝胶和棉织物构成桥式结构的太阳能表面吸收器［26］，拥有超高的蒸发速率（6.86 kg/（m2·h））。虽然上下两侧形成共蒸发模式会极大提高蒸发速率，并显著降低热损失，但是其结构复杂，不方便其实际应用。

在实际应用中，除了需要考虑寿命和换膜成本的问题，生物污染也会是一大挑战，在追求光热效果的同时，也要考虑抗菌等问题。大多数太阳能蒸发器是为偏远和欠发达地区的应用而提出，这些地区水资源缺乏但太阳能充裕。随着太阳能海水淡化技术的不断完善，未来一定能得到更加广泛的运用。

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Research progress on fabric-based solar evaporators

HE Hongbei， ZHU Qingkai， REN Haitao

Abstract： With the increasing shortage of freshwater resources， using seawater desalination to produce freshwater is a broaden incremental technology for achieving water resource utilization. The current main methods of seawater desalination include reverse osmosis membrane method and distillation method. Compared with traditional seawater desalination technology， solar-driven water evaporation is less costly and more environmentally friendly. In recent years， low-cost solar thermal desalination has been favored by many researchers.

According to the different placement methods of solar absorbers， they can be divided into two types： suspended solar absorbers andsurface solar absorbers. The photothermal materials and principles of the two evaporators are not significantly different. They both absorb specific wavelengths of light and cause electromagnetic field changes through plasma resonance or electron transitions. The interaction between electromagnetic waves and substances at the water interface heats up nanoparticles. The suspended solar absorber heats the bulk water， while the surface solar absorber heats the water soaked in the evaporator. Compared with suspended solar absorbers， surface solar absorbers have more advantages.

The loose porous structure of fabrics can provide efficient water transportation， and the flexibility and elasticity of the fabric structure can provide better compatibility with surface solar absorbers. It can also modify the fabric's properties to better combine with photothermal materials. In current research on solar-driven water evaporation， cotton， linen， nylon， aramid， acrylic， and nonwovens are mainly used as substrate materials， and metal nanoparticles， metal oxides， and carbon-based materials as photothermal materials.

Improving the salt resistance of the evaporator can effectively maintain its evaporation rate and extend its service life. There are two ways to improve the salt resistance： increasing the hydrophilicity or hydrophobicity of the evaporator.In improving evaporation performance， it is necessary to balance heat loss， water supply， and salt crystallization. Excessive water can lead to more heat loss， and rapid water evaporation can cause salt to crystallize on the surface of the evaporator， thereby affecting photothermal performance. In order to achieve a balance between heat loss and water supply， there have been two main types of surface solar absorbers in recent years： hydrophilic bilayer structure and structure with dedicated water transport channels. The hydrophilic bilayer structure loses more heat due to wetting during use， and the water absorption rate of the water transport channels structure is higher than the evaporation rate， which does not limit evaporation and can effectively reduce heat loss.

At present， thesolar-driven water evaporation with the highest evaporation rate is the surface solar absorber with a bridge structure composed of Janus hydrogel and cotton fabric. The evaporation efficiency of solar-driven water evaporation is relatively low， making it impractical to provide water for households. However， a solar evaporator with a solar thermal area of 1 square meter can meet the drinking water needs of households. With the continuous improvement of solar desalination technology， it will definitely be more widely used in remote and underdeveloped areas in the future.

Keywords： fabric; solar evaporator; desalination of seawater; photothermal

收稿日期：20230515 網络出版日期：20230626

基金项目：国家自然科学基金项目（52070143，21806121）

作者简介：何泓贝（2000—），男，四川成都人，硕士研究生，主要从事太阳能水热蒸发方面的研究。

通信作者：任海涛，E-mail：renhaitao@tiangong.edu.cn