文獻前沿| Science Advances：界面太陽能蒸發轉化鹵水礦物回收

隨著全球對鋰等關鍵礦產資源需求的持續增長，傳統太陽能蒸發池因蒸發速率慢、占地面積大、化學藥劑依賴性強等問題，難以滿足可持續發展要求。界面太陽能蒸發技術(ISE)通過將光熱轉換過程集中于液?氣界面，可大幅提升蒸發效率，并有望整合至現有蒸發池系統中，實現高效蒸發、礦物選擇性富集與淡水回收的協同。本文從礦物回收的角度系統綜述了適用于高鹽鹵水的耐鹽蒸發器設計策略（鹽回流增強、Janus 結構、定向結晶與非接觸式配置），并探討了其在提升礦物采收率、降低化學消耗與水損失方面的潛力。然而，其從實驗室邁向工業應用仍面臨材料穩定性、長期耐用性、技術經濟可行性及環境風險等關鍵挑戰。本文旨在為ISE技術驅動下的可持續礦物回收未來發展勾勒清晰的路線圖。相關工作以Interfacial solar evaporation transforms brine mineral recovery.為題發表在Science Advances期刊。

本文綜述了界面太陽能蒸發技術(ISE)變革鹵水礦物回收的路徑。面對傳統蒸發工藝中速率慢、占地廣、依賴化學藥劑等問題（圖1），ISE憑借其界面局域加熱特性展現出高效潛力。為攻克高鹽環境下鹽結晶導致ISE設備性能衰減的難題，本文總結梳理了鹽回流增強、Janus結構、定向結晶及非接觸式配置等蒸發策略（圖2）。通過將這些蒸發器集成到現有鹽田中，可協同實現蒸發加速、目標礦物的選擇性分離以及淡水回收（圖3）。最后文章分析并展望了集成ISE的提鹵技術在未來的應用前景，指出ISE實際應用仍需克服耐鹽裝置的可靠性、選擇性結晶的調控機制、水回收效率的策略與生態風險等關鍵挑戰（圖4），為構建下一代可持續鹵水采礦模式指明了交叉研究的方向。

圖1全球鹵水分布和基于太陽蒸發的礦物回收。(A)主要鹵水資源的全球分布，突出其地理分布、鹽沼規模和主要產品的特點。(B)蒸發濃縮過程的示意圖。(C)演示在鹵水濃縮期間逐步收集礦物的過程。(D)初始礦物分離后的最終產品精煉圖示。(E)描述將原鹽水轉化為目標產品的代表性蒸發采礦工作流程。其中LCD指液晶顯示器。

圖1：XXXXXXX

圖2.耐鹽太陽能蒸發器的設計策略。(A)加強鹽回流以防止鹽積聚的示意圖。(B)為避免鹽水絕緣而設計的Janus結構圖。(C)通過具體的建筑設計展示定向鹽結晶。(D)非接觸式設計，避免鹽垢。(E)帶溶液傳輸橋的三維蒸發器設計，可實現高效的鹽回流。(F)蒸發器的設計依賴于流體流動優化，以實現高效的鹽回流和熱管理。(G)以睡蓮為靈感的Janus蒸發器，設計用于除鹽和熱限制。(H)垂直的Janus結構，通過將光熱層和鹵水傳輸層放置在相對的兩側來避免鹽積聚。(I)杯狀太陽能蒸發器，在杯壁外循環放置鹽。(J)抗鹽蒸發器，設計用于自動收集鹽，鹽在邊緣結晶。(K)錐形蒸發器，在頂端有局部結晶。(L)傘形非接觸式蒸發器，專為高鹽度鹽水設計。

圖3.將ISE與鹽池運行相結合的方法。(A)鹵水開采過程示意圖，突出了蒸發緩慢、大量使用化學品和大量失水等挑戰。(B)說明ISE技術可通過高效的陽光捕捉、環境熱利用、對流氣流利用、熱管理和耐鹽結構設計來增強蒸發。(C)蒸發池的蒸發率比較、蒸發池蒸發量的理論極限(1太陽以下)，以及利用環境熱量和對流氣流的串式蒸發器(在1.5m S?1風速下)(39)。小時。(D)演示可在空間上分離礦物并提高蒸發率的串式蒸發器。(E)太陽能驅動裝置，用于通過選擇性膜進行定向礦物提取。(F)演示通過選擇性吸附捕獲目標礦物。(G)通過蒸汽冷凝收集淡水的太陽能蒸餾器示意圖。(H)展示通過潛熱回收加強淡水生產的多級結構。(I)使用透明冷凝器、反向結構和多級結構回收水蒸氣的典型太陽能蒸餾器的太陽能對水的效率比較。

圖4.集成ISE技術的未來鹵水池運行。(A)將ISE納入蒸發池的設想，以加速蒸發，實現直接礦物采集，并促進選擇性礦物提取和淡水采集。(B)展示對重量平衡敏感的自旋式蒸發器。(C)通過部署蒸發器實現溫度梯度增強的分級降水示意圖。(D)具有生物靈感的表面，具有可改變的潤濕性，以增強冷凝液收集。(E)在長時間的太陽曝曬期間，成分淋失的示范。(F)推進鹵水開采獨立選擇環境的限制、解決辦法、機遇和挑戰。

小結：本文為界面太陽能蒸發技術應用于鹵水礦物回收領域提供了系統性路線圖。文章不僅對耐鹽蒸發器（如Janus結構、定向結晶）做了綜述，還構建了從材料設計到系統集成的完整框架，論證了該技術通過加速蒸發、選擇性分離與淡水回收協同優化傳統工藝的潛力，并且分析討論了ISE在復雜鹵水環境的材料適應性、多目標協同的系統工程挑戰及潛在的長期生態風險，為領域發展提供了清晰的路線指南。

論文信息：Yang K, Yang M, Chen H, et al. Interfacial solar evaporation transforms brine mineral recovery[J]. Science Advances, 2025, 11(38): eadx3242. https://doi.org/10.1126/sciadv.adx3242

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