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蒸蒸日善——太阳能光热界面蒸发应急净水装备

发布时间:2026-04-01

主要完成人:李天成 所属单位:云南大学

本项目由云南大学万艳芬教授团队与中国科学院过程工程研究所杨乃亮研究员团队联合开展。团队长期从事太阳能驱动水处理、纳米限域结构材料及复杂水体污染治理研究,在光热界面蒸发材料设计与界面净水器件开发方面形成稳定基础。近年来在Nature、Nature Chem.、Adv. Mater.等期刊发表多篇论文,承担多项国家级及省部级项目。具备从材料研发到装置系统集成与工程化应用的完整能力,已开发多类界面净水装置并完成稳定性验证,与山东华立供水设备有限公司开展产学研合作。创制光热蒸水速率最高的海水脱盐纤维材料,搭建全自动日产150L淡水污水处理设备,可与太阳能或储能电池联合,适用于无电环境分布式饮用水获取,整体设备处于国际领先水平。

适用范围:

随着极端气候事件、突发污染事故以及地震、洪涝等自然灾害的频发,城市供水系统在灾后往往面临水源污染、基建/管网破坏和供水中断等多重风险,应急供水与灾后水质净化已成为保障城市安全和民生稳定的重要环节。然而,传统应急净水设备普遍存在能源依赖强、水源水质要求高、常用反渗透膜材料寿命短以及运行成本高等问题,难以在复杂灾害环境中实现稳定运行。 针对上述需求,本项目研发了一套基于光热界面蒸发技术的移动式应急净水装备。该装备以团队自主开发的聚合物互锁中空复合纤维光热材料为核心,通过高效光热转化实现水体快速蒸发,并通过冷凝模块收集高品质淡水,从而实现从受污染水体到安全饮用水的快速转化。 该设备可直接利用太阳能系统供能,无需依赖市政电网;同时采用模块化结构设计与移动部署模式,能够在灾害发生后快速运输、组装与投用,适用于受污染水体净化、极端缺水地区供水保障以及海水淡化等多种应用场景。 目前,团队已完成三代装备迭代开发并开展长期户外验证。第一代产品包括一种模块化装置与一种便携小型装置。其中,0.5 m2的模块化太阳能淡化装置在自然光驱动条件下即可实现0.60 kg m-2 h-1的稳定淡水产出实现淡水收集速率;向下蒸发的便携式光热饮用水净化杯的饮用水收集速率达1.8 kg/m²h,能够满足个人野外作业饮水保障需求。第二代0.75 m2装备通过蒸发潜热回收并与光伏储能系统耦合,显著提升系统运行效率,已完成全年运行,日均生产淡水20 L,适合5-10人的小规模应急供水,处于同类技术的先进水平。最新的第三代设备日产淡水可达150 L,能够满足30-50人的规模的应急净水需求。 该技术可广泛应用于多种应急与民生保障场景,包括:单兵作战/个人户外应急、城市灾后应急净水、船舶舰载海面应急、偏远海岛净水站建设、家居水循环系统、工业废水安全处置、海水淡化、盐碱地治理与农业节水灌溉等领域,为构建安全、低碳、韧性的城市水资源保障体系提供了一种创新解决方案。

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