香港理工大学研发3D打印气凝胶，仅用阳光高效将海水转化为饮用水

导读：众所周知，全球一些地区缺乏清洁的饮用水，而海水淡化是解决这一问题的一种方法。然而，传统的海水淡化技术存在高能耗和高成本的问题，使得这种方法难以普及。因此，需要一种转化效率更高的新技术来应对全球水资源危机的挑战。

△相关研究成果已发表在《美国化学学会能源快报》（ACS Energy Letters）上，题目为“通过添加冷冻印刷气凝胶实现尺寸不敏感的蒸汽扩散，实现可扩展的海水淡化”（传送门）

2025年8月6日，南极熊获悉，香港理工大学的研究团队成功开发出一种海绵状3D打印气凝胶材料，仅依靠阳光即可高效将海水转化为饮用水，为全球饮用水短缺问题提供了全新解决思路。

△通过3D打印技术制备分级多孔气凝胶蒸发器流程示意

科学家们的新方法基于现有技术。它使用由多孔材料制成的太阳能蒸发器。海水蒸发后，蒸汽被收集起来。蒸汽冷却后，就变成了可饮用的淡化水。但有一个问题：可扩展性。尽管人们尝试过扩大这些蒸发器的规模，但产量并没有以相同的速度增长。这是因为在体积大、厚度大、孔隙微小的材料中，蒸汽也会被困住。因此，这种方法效率不高，而且运行速度很慢。

香港理工大学的研究人员在沈曦教授的带领下，开发了一种由纤维素纳米纤维和碳纳米管制成的气凝胶。这种凝胶采用一种名为“冷冻3D打印”的工艺成型。与传统打印方式一样，材料逐层打印，但每层都会立即进行速冻。一层固化后，再添加下一层。这一工艺创造出具有连续垂直通道和超薄壁的结构。最终得到的材料类似于海绵，每个垂直孔洞的宽度约为20微米。

△这些并非传统的过滤材料，而是一种新型3D打印材料，可以吸收海水并净化为无盐水

太阳能和3D打印气凝胶结构提供清洁饮用水

研究团队使用大小各异的方形材料进行了测试，这些材料从最小的 0.4 英寸（1厘米）宽到最大的3英寸（8厘米）宽不等。无论大小，水的蒸发率都保持相同。随后，团队将这些“海绵”放入盛有海水的杯子中，并用透明塑料覆盖，进行户外测试。阳光加热表面，导致水蒸发，但盐不会蒸发。这些干净的水蒸气随后聚集在塑料盖的底面上。冷却后，它会重新凝结成液体，滴入漏斗，然后流入下面的容器中。

沈教授表示： “我们的气凝胶可以实现任何尺寸的全容量海水淡化，为无能源海水淡化生产清洁水提供了一种简单、可扩展的解决方案。”

经测试，只需在自然阳光下照射六个小时，这个简单的系统就能产生约“3汤匙”的淡水，并且它的质量在较长时间内保持稳定。他们还发现，即使气凝胶的表面积增加，水蒸气也能快速通过结构逸出。这意味着该方法真正具有可扩展性。在一项测试中，结垢造成的性能损失仅为5%左右，而其它材料的性能损失则超过40%。

团队下一步将聚焦于实际应用环境下的长期测试，评估材料更换频率及耐久性。此项创新有望推动低能耗、低成本、可大规模部署的海水淡化解决方案，为沿海及缺水地区带来切实福音。