DOI: 10.1016/j.cej.2023.142616

太阳能驱动的界面蒸发被认为是解决全球淡水问题的一种绿色、可持续战略。高效的蒸汽生成依赖于高性能蒸发器的创建，其专注于提高太阳能转换效率、水输送能力和热定位。本文使用ZIF-67和MXene（CZM3）修饰纤维素纳米纤维，设计了一种具有新型三维血管结构的功能化纤维素气凝胶，该气凝胶可用作太阳能驱动的多功能蒸发器。当暴露在1个太阳下时，CZM3气凝胶表现出2.034Kg·m^-2·h^-1的高蒸发率和139.4%的效率，优于许多先进的蒸发器。此外，CZM3气凝胶在多次测试循环后保持了稳定的水蒸发性能，这是由于亲水性血管样通道持续输送水，而封装在CNF中的光热材料为水蒸发提供了动力。通过CZM气凝胶的界面蒸发，盐离子（Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺和K⁺）和重金属离子（Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺）的去除率分别达到98.2%～99.5%和81.6%～98.2%，显示出优异的净水能力。与纯CNF的可燃性相反，CZM3气凝胶的峰值放热率和总放热率分别降低了75.2%和69.9%，表现出优异的防火安全性。总之，本工作设计的高性能蒸发器在太阳能海水淡化和废水净化领域具有广阔的应用前景。

图1.（a）MXene剥离和分层以及（b）CZM气凝胶制备的示意图。

图2.（a,a`）CNF、（b,b`）CZ、（c,c`）CZM1、（d,d`）CZM2和（e,e'）CZM3气凝胶的俯视SEM图像。（f）CZM3气凝胶的侧视SEM图像和（g）EDS元素（Ti，Co，C，N，O）映射。

图3.（a）CNF、CZ和CZM气凝胶的XRD图谱和（b）FTIR光谱。

图4.（a）CNF和CZM3气凝胶的紫外-可见-近红外吸收光谱和AM 1.5G的光谱；在（b）干燥和（c）潮湿条件下，不同蒸发器的表面温度随时间的变化；（d）这项工作和以前的研究之间的光热转换能力比较。

图5.（a）太阳能蒸汽发电实验装置示意图。（b）不同样品在不同条件下的质量变化数据。（c）不同样品的水分蒸发速率和效率。（d-e）CZM3气凝胶在1个太阳下分别进行10次循环的太阳能驱动水蒸发循环容量、蒸发速率和效率。

图6.本工作与先前报道的蒸发器在1个太阳照射下的蒸发速率和转化效率比较。

图7.（a和b）1个太阳下，CZM3气凝胶在17.5wt%盐水中进行10次循环的太阳能海水淡化循环容量、蒸发速率和效率。（c）初始CZM3气凝胶和在1个太阳下进行10h太阳能蒸发后的CZM3的照片。（d）不同循环对太阳能驱动海水淡化前后人工海水中初级离子浓度的影响。

图8.（a）太阳能净水装置和工艺。（b,c）蒸发前后初始溶液中以及蒸馏液中重金属离子的浓度。（d）CZM3纯化重离子溶液的机理图。

图9.（a）CNF、CZ和CZM3气凝胶在N₂气氛下的TGA曲线和（b）DTG曲线。

图10.（a）通过MCC测量的CNF、CZ和CZM气凝胶的HRR和THR曲线。

图11.（a）CNF、（b）CZ和（c）CZM3随时间燃烧的照片。（d-h）气凝胶燃烧后的照片。

图12.（a）MCC测试后CZM3气凝胶的焦炭残留物的XRD曲线。（b）CZM3气凝胶在燃烧过程中的阻燃机理。