近日，中国地质大学邓恒教授团队在《Chemical Engineering Journal》上发表了题为“3D printing of flash graphene/nano-cellulose aerogel for high-efficiency solar evaporation with superior salt resistance”的论文，通过将闪蒸石墨烯与纳米纤维素气凝胶结合，采用多材料3D打印技术构建Janus结构蒸发器，实现了高效太阳能蒸发与优异抗盐性能，为可持续海水淡化提供了有效解决方案。

【研究背景】

1.全球淡水资源短缺问题突出：海水淡化需求迫切。人口增长与经济发展加剧淡水供需矛盾，寻找高效海水淡化技术成为当务之急。

2.太阳能驱动蒸发技术是理想选择：该技术利用可再生太阳能实现海水淡化，清洁环保且成本较低，符合可持续发展方向。

3.现有技术存在效率与盐积累难题：传统太阳能蒸发器蒸发效率有限，且易因盐积累降低性能，制约实际应用。

【研究方法】

1.材料与墨水制备：以纤维素纳米纤维（CNF，4.5wt%）、羧甲基纤维素（CMC）、柠檬酸（CA）为基材，闪蒸石墨烯（FG）为光热剂。纯CNF墨水：1.2g CMC加入不同浓度CA溶液（0.1、0.2、0.4g/g）溶解，再加入6.65g CNF搅拌至无可见纤维，2–8℃冷藏。FG/CNF墨水：先制1–4mg/mL FG溶液（含5mg聚醚F-188），超声分散后按比例加入纯CNF墨水，确保固体含量一致，最优FG添加量0.08wt%。

图1.闪蒸石墨烯特性

2.3D打印与后处理：采用双喷嘴3D打印系统（Adventure 3D-LB-Printer-0100），针头直径260μm，亚克力板为基底，Y偏移-0.5mm，X偏移64mm，层厚200μm，打印速度6mm/s。先打印20层纯CNF，再打印10层FG/CNF（厚度比1:2）。打印后-25℃冷冻12h，冻干10h，120℃真空烘箱中24h脱氢热处理（DHT）实现交联。

3.性能测试方法：用TEM观察CNF形貌，FESEM分析气凝胶结构；旋转流变仪表征墨水流变性能；紫外-可见-近红外分光光度计测光吸收；接触角仪测亲水性。蒸发测试：300+氙灯模拟AM 1.5G太阳光（100mW/cm²），电子天平（0.1mg精度）测质量变化，按ΔV=m/(S·T)算蒸发速率。耐盐性测试：15%NaCl溶液中光照12h观察盐结晶，测5%、10%、20%NaCl溶液中蒸发速率变化。净化测试：ICP-OES测离子浓度，紫外分光光度计测染料残留，pH试纸测酸碱处理后pH。

【研究结果】

1.蒸发效率优异：Janus FG/CNF气凝胶光吸收效率达96.98%，1个太阳光下蒸发速率3.397kg m⁻² h⁻¹，光热转换效率229%，优于多数同类材料。

2.抗盐能力突出：表面0.5g NaCl 110min内完全溶解，15%NaCl溶液中光照12h无盐结晶，盐浓度升高时蒸发速率下降轻微。

3.净化效果显著：处理后海水中Na⁺、Mg²⁺、K⁺、Ca²⁺浓度远低于WHO标准，可完全去除染料，能将酸碱废水中和至pH≈7。

【展望】

1.助力可持续海水淡化：其高效、耐盐、低成本特性，有望突破现有技术产业化瓶颈，为缺水地区提供实用方案。

2.为3D打印功能材料提供借鉴：多材料3D打印构建Janus结构的设计，可用于制备兼具特定功能与结构稳定性的复合材料。

3.拓展水资源处理应用：除海水淡化外，在工业废水、染料废水处理中潜力大，结合规模化生产可实现更广泛水资源净化。