世界人口的四分之一以上生活在严重缺水的环境中,近一半的人口至少每年有一个月遭受严重缺水问题的影响。为了解决这一广泛而具有破坏性的问题,研究人员将注意力转向了海水淡化,因为世界上总水量约有97.5%为不能直接饮用的海水。因此,寻求高效,大规模和可持续的海水淡化技术非常迫切。传统的海水淡化技术主要包括多级闪蒸（MSF）,反渗透（RO）,蒸汽压缩蒸馏（VCD）和多效蒸馏（MED）等等,不仅需要昂贵且复杂的基础设施和设备,而且消耗大量传统能源。对于贫困地区来说这是无法克服的障碍。此外,这些以能源和环境为代价的技术与全球可持续发展背道而驰。受陆地淡水供应的重要组成部分——自然蒸发的启发,利用太阳能作为唯一能源的太阳能驱动海水蒸发产生淡水是对环境影响可忽略不计的一项前瞻性策略。然而,由于水的吸光性差以及严重热损失,自然蒸发效率低,无法满足淡水的实际需求。另一方面,海水中存在许多污染物,如挥发性有机化合物,重金属离子等等。针对以上问题,我们提出采用界面加热的方法进行海水淡化以产生淡水。同时,在海水淡化过程中通过光催化、吸附等方法去除海水中的污染物。此外,还开发了一种新型材料用于太阳能驱动水蒸发,以防止海水蒸发过程中结晶盐的析出而影响水蒸发速率。论文的主要研究内容如下:1.自悬浮光热微反应器用于海水淡化协同挥发性有机化合物（VOCs）去除将光催化剂P25（商业TiO₂）负载在生物质废弃物（金针菇根部）表面之后,对金针菇根部进行碳化处理,得到TiO₂负载的多孔团簇状碳阵列泡沫（PPC-array foams）。由于其低质量密度和团簇状多孔结构,这种自支撑的PPC-array foams漂浮在水面。此外,PPC-array foams在碳化的过程中产生了许多通道,不仅可以大大增强光捕获能力以提高光热效率,而且可以提供一条有效的途径来加速水从材料底部到表面的传输。此外,在PPC-array foams上负载的TiO₂纳米晶体在海水蒸发过程中也能同时降解VOCs,从而实现太阳能海水淡化协同挥VOCs去除。2.光热膜用于通过太阳能驱动水蒸发和重金属离子吸附产生清洁水在这项研究中,我们开发了一种光热膜,其中TNC复合材料（钛酸盐纳米管-碳纳米管）首次可用于太阳能驱动海水蒸发和废水净化。以P25和多壁碳纳米管为原始材料,然后采用微波辅助碱热法,将制备得到的钛酸盐纳米管-碳纳米管复合物均匀分散在去离子水中,将其真空抽滤在聚四氟乙烯（PTFE）膜上,形成光热膜。由于TNC复合材料（钛酸盐纳米管-碳纳米管）具有出色的光吸收能力、光热转换能力以及吸附重金属离子的能力,因此在模拟太阳光的照射下可以实现高蒸发速率和高能量转换效率。除了出色的蒸发效率外,这种TNC复合材料在太阳能海水蒸发过程中还能从污染的海水中高效吸附去除各种重金属离子(Cu²⁺,Cd²⁺和Pb²⁺)。此外,将分散液真空抽滤到PTFE膜上可以固定吸附剂,解决吸附剂的回收问题,并且有利于充分利用太阳能。TNC复合材料具有良好的光吸收能力且能够吸附重金属离子,能够有效运用于解决水资源短缺问题。3.聚吡咯/三聚氰胺泡沫太阳能界面蒸发材料的制备及其性能研究以三聚氰胺泡沫作为基底,在其之上原位合成负载聚吡咯（PPy）,以提供用于太阳能驱动水蒸发的光热材料。通过聚吡咯/三聚氰胺泡沫微通道的快速孔道传输以及通过蒸发器大通道之间水分的有效传输有利于汽化水分的快速补充,以确保快速并持续产生清洁的水蒸气。这种方法制备的聚吡咯/三聚氰胺泡沫太阳能界面蒸发材料是一种高效,稳定,低成本且环保的太阳能蒸发器。