1. 背景电子废弃物湿法回收会产生强酸、高盐并富含多种重金属的复杂浸出液传统膜分离容易面临能耗与污染问题常规吸附又受扩散控制限制活性位点利用不充分。太阳能界面蒸发可将热量局域在气液界面实现低热损失产水但在真实电子废液中仍需同时解决盐结晶、酸腐蚀、间歇光照和重金属迁移受限等问题因此构建兼具光热蒸发、定向传质和污染物固定能力的一体化蒸发器是该领域走向复杂废水处理的关键。2. 论文概要本研究中林法伟教授团队设计了由闪蒸焦耳碳 FJC、SA/PVA 双网络水凝胶和 PDA 修饰相变微胶囊共同构成的分级光热-吸附蒸发器 HAPE。FJC 提供宽谱光吸收、快速光热转化和耐酸碳骨架双层水凝胶调控上行供水与下行盐回流相变微胶囊缓冲光照波动。优化样品 Eva-4 在 1 sun 下实现 3.42 kg m-2 h-1 蒸发速率和 96.7% 太阳能-蒸汽效率并可在 pH 2 和 20 wt% NaCl 条件下稳定运行更重要的是持续蒸发诱导的毛细对流将重金属输送到吸附位点使吸附动力学提升 1.3-1.8 倍从而把产水与污染物固定内在耦合起来。3. 图文解读图形摘要展示了该体系的核心逻辑上层 FJC 与相变微胶囊承担光热转化和热缓冲下层海藻酸盐水凝胶提供吸附位点与连续水通道太阳照射驱动界面蒸发并浓缩金属离子夜间或弱光条件下相变材料释放潜热维持通量最终实现洁净水回收与重金属原位固定。图1 说明蒸发器的制备路径与 FJC 的结构优势。相较常规生物炭 CBC闪蒸焦耳处理带来瞬时高温和剧烈挥发形成更开放的碎片化孔结构XRD、Raman、FTIR、XPS 和 UV-vis-NIR 共同证明 FJC 具有更高石墨化程度、更低缺陷比例和更强宽谱吸收为耐酸光热骨架与后续界面蒸发奠定基础。图2 聚焦 HAPE 的结构、化学组成与热物性。Eva-4 呈现上层相对致密、下层多孔疏松的双层结构可兼顾热局域、蒸汽逸出和持续供水XPS/FTIR 证实 PDA、SiO2 相变胶囊和 SA/PVA 网络被成功整合96% 宽谱吸收、0.12 s 快速润湿、高含水量、较低水蒸发焓与 31.3-38.1 C 相变窗口共同支撑稳定蒸发。图3 给出了太阳能界面蒸发性能。引入 FJC 后蒸发速率显著提升双层结构与 PDA 修饰相变胶囊进一步将 Eva-4 推至 3.42 kg m-2 h-1 和 96.7% 的能量效率红外热成像显示界面温度快速稳定3 sun 下速率可达 7.19 kg m-2 h-1在 pH 2 强酸条件下仍保持 2.87 kg m-2 h-1说明体系具备较强化学稳定性与应用潜力。图4 证明 Eva-4 的耐盐、自清洁和真实废液处理能力。NaCl 浓度升至 20 wt% 时蒸发速率仍有 2.84 kg m-2 h-1表面固体 NaCl 在 45 min 内溶解说明多孔水凝胶建立了上行供水与下行盐回流的双向通量在多种盐体系和 10 h 连续运行中性能稳定真实电子废液经蒸馏后冷凝水中 Cu、Cr、Cd、Pb、Zn 浓度显著降低。图5 揭示重金属吸附机制与间歇光照稳定性。暗态下 Cu、Cr、Cd、Pb、Zn 的吸附符合化学吸附主导特征其中 Pb 最大容量约 283.2 mg g-1光照蒸发产生持续毛细对流缩短吸附平衡时间并提高传质效率。Pb 4f、C 1s 和 O 1s 谱图显示 Pb-O 配位、氧空位、离子交换与静电吸引共同参与固定相变胶囊使关灯后温度缓慢下降并维持额外蒸发通量。4. 总结展望这项工作把闪蒸焦耳碳的快速光热转化、分级水凝胶的界面传质调控和相变微胶囊的热缓冲整合到同一蒸发器中提出了“蒸发诱导对流强化吸附”的主动传质策略为高酸、高盐、多金属电子废液的水回收与污染物固定提供了新的材料设计思路。后续若要走向工程应用还需要进一步验证户外长期运行、复杂有机物共存、吸附饱和后的金属回收/再生、浓缩母液处置以及大面积组件化制备等问题。文献信息Chenxu Zhong, Chujun Luan, Jianlin Yu, Lei Che, Guanyi Chen, Fawei Lin. Flash-Joule carbon-based hierarchical evaporator for water recovery and synergistic heavy-metal sequestration from E-waste leachates, Chemical Engineering Journal, 2026, 178180, ISSN 1385-8947, https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.178180.
天津大学CEJ：闪蒸焦耳碳分级蒸发器同步实现电子废液高效产水与重金属固定
发布时间：2026/7/29 19:05:32
1. 背景电子废弃物湿法回收会产生强酸、高盐并富含多种重金属的复杂浸出液传统膜分离容易面临能耗与污染问题常规吸附又受扩散控制限制活性位点利用不充分。太阳能界面蒸发可将热量局域在气液界面实现低热损失产水但在真实电子废液中仍需同时解决盐结晶、酸腐蚀、间歇光照和重金属迁移受限等问题因此构建兼具光热蒸发、定向传质和污染物固定能力的一体化蒸发器是该领域走向复杂废水处理的关键。2. 论文概要本研究中林法伟教授团队设计了由闪蒸焦耳碳 FJC、SA/PVA 双网络水凝胶和 PDA 修饰相变微胶囊共同构成的分级光热-吸附蒸发器 HAPE。FJC 提供宽谱光吸收、快速光热转化和耐酸碳骨架双层水凝胶调控上行供水与下行盐回流相变微胶囊缓冲光照波动。优化样品 Eva-4 在 1 sun 下实现 3.42 kg m-2 h-1 蒸发速率和 96.7% 太阳能-蒸汽效率并可在 pH 2 和 20 wt% NaCl 条件下稳定运行更重要的是持续蒸发诱导的毛细对流将重金属输送到吸附位点使吸附动力学提升 1.3-1.8 倍从而把产水与污染物固定内在耦合起来。3. 图文解读图形摘要展示了该体系的核心逻辑上层 FJC 与相变微胶囊承担光热转化和热缓冲下层海藻酸盐水凝胶提供吸附位点与连续水通道太阳照射驱动界面蒸发并浓缩金属离子夜间或弱光条件下相变材料释放潜热维持通量最终实现洁净水回收与重金属原位固定。图1 说明蒸发器的制备路径与 FJC 的结构优势。相较常规生物炭 CBC闪蒸焦耳处理带来瞬时高温和剧烈挥发形成更开放的碎片化孔结构XRD、Raman、FTIR、XPS 和 UV-vis-NIR 共同证明 FJC 具有更高石墨化程度、更低缺陷比例和更强宽谱吸收为耐酸光热骨架与后续界面蒸发奠定基础。图2 聚焦 HAPE 的结构、化学组成与热物性。Eva-4 呈现上层相对致密、下层多孔疏松的双层结构可兼顾热局域、蒸汽逸出和持续供水XPS/FTIR 证实 PDA、SiO2 相变胶囊和 SA/PVA 网络被成功整合96% 宽谱吸收、0.12 s 快速润湿、高含水量、较低水蒸发焓与 31.3-38.1 C 相变窗口共同支撑稳定蒸发。图3 给出了太阳能界面蒸发性能。引入 FJC 后蒸发速率显著提升双层结构与 PDA 修饰相变胶囊进一步将 Eva-4 推至 3.42 kg m-2 h-1 和 96.7% 的能量效率红外热成像显示界面温度快速稳定3 sun 下速率可达 7.19 kg m-2 h-1在 pH 2 强酸条件下仍保持 2.87 kg m-2 h-1说明体系具备较强化学稳定性与应用潜力。图4 证明 Eva-4 的耐盐、自清洁和真实废液处理能力。NaCl 浓度升至 20 wt% 时蒸发速率仍有 2.84 kg m-2 h-1表面固体 NaCl 在 45 min 内溶解说明多孔水凝胶建立了上行供水与下行盐回流的双向通量在多种盐体系和 10 h 连续运行中性能稳定真实电子废液经蒸馏后冷凝水中 Cu、Cr、Cd、Pb、Zn 浓度显著降低。图5 揭示重金属吸附机制与间歇光照稳定性。暗态下 Cu、Cr、Cd、Pb、Zn 的吸附符合化学吸附主导特征其中 Pb 最大容量约 283.2 mg g-1光照蒸发产生持续毛细对流缩短吸附平衡时间并提高传质效率。Pb 4f、C 1s 和 O 1s 谱图显示 Pb-O 配位、氧空位、离子交换与静电吸引共同参与固定相变胶囊使关灯后温度缓慢下降并维持额外蒸发通量。4. 总结展望这项工作把闪蒸焦耳碳的快速光热转化、分级水凝胶的界面传质调控和相变微胶囊的热缓冲整合到同一蒸发器中提出了“蒸发诱导对流强化吸附”的主动传质策略为高酸、高盐、多金属电子废液的水回收与污染物固定提供了新的材料设计思路。后续若要走向工程应用还需要进一步验证户外长期运行、复杂有机物共存、吸附饱和后的金属回收/再生、浓缩母液处置以及大面积组件化制备等问题。文献信息Chenxu Zhong, Chujun Luan, Jianlin Yu, Lei Che, Guanyi Chen, Fawei Lin. Flash-Joule carbon-based hierarchical evaporator for water recovery and synergistic heavy-metal sequestration from E-waste leachates, Chemical Engineering Journal, 2026, 178180, ISSN 1385-8947, https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.178180.
