荒野求生 挑战贝尔
水，是生命之源。
对全人类而言，它是社会经济可持续发展的重要因素；对个体而言，它是日常活动和特殊状况都必不可少的物质。
淡水资源短缺，水体污染严重，“水危机”是当前全世界共同面临的挑战。
在仅有污水、泥水、咸水或少水的情况下，如何获得安全可靠的淡水资源，维持生命体或基本日常需求，这对一些落后地区或特殊紧急情况，都是必须要解决的问题。
图1 全世界的“水危机”挑战
知名节目“荒野求生”中冒险家贝尔•格里尔斯每次在沼泽、荒岛、峡谷、草原、沙漠等不同野外险境求生时，对于饮水这个必须要解决的问题所采用的巧妙方法常被人称赞，如：挖渠积水、草垛简单过滤、咀嚼含水野生植物等等，然而卫生和安全性问题常被忽略，那么，有没有一种更安全的取水方法呢？
图2 “荒野求生”节目中贝尔饮水方法
蒸发取水，充分利用太阳的能量
蒸发是自然界十分常见的现象，它与径流、降水作为三个主要环节共同构成地表水文循环；其中降水是地表淡水的主要来源。科学家们从这种自然现象中得到借鉴，提出加快蒸发速率来获取淡水的策略，尤其是地球上97%的海水资源便可被利用。然而蒸发是物质从液态变成气态的物理相变过程，它是一个需要能量输入才可驱动发生的热力学过程。
太阳能是一种清洁、可再生能源，高效开发和利用太阳能得到全世界的重视，是我国可持续发展战略的重要内容；太阳能也是自然界驱动蒸发过程的主要动力来源。为此，近年来发展起来的太阳能光热蒸发技术为淡水或清洁水的制取带来了新希望。
图3 自然界的蒸发现象
太阳能光热蒸发技术主要基于一类特殊的材料，它们能够捕获太阳光并将其转化成热能，以加热水溶液并促进蒸发，再将蒸汽冷凝收集，得到清洁水资源，这类特殊的材料就叫做“光热转化材料”，是加速蒸发的“超级马达”。就像烈日下的柏油路、头顶黑发会特别烫，它们一定程度上都具有光热转化能力，只是不同材料这个能力各有大小。
通常，科学家们研究的光热转化材料在太阳照射下能迅速升温到60~70℃，甚至更高；而且用来蒸发的光热转化材料必须是多孔的能让水汽蒸发出去。
目前开发的光热转化材料包括三类：等离激元材料（如金、银等纳米颗粒）、碳纳米材料（如石墨烯、碳纳米管等）和半导体材料（如TiO2、Ti3C4、MoO3等），不难看出，大部分光热转化材料成本很高，而且制备复杂、稳定性较差；这对于一些偏远落后地区以及特殊紧急情况下，是难以利用这项技术来获取淡水资源的。
巧妙取水，试试水稻秸秆光热蒸馏器
最近，中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究人员发展了一种低成本的、基于常见生物质来源的太阳能光热蒸馏器。将粮食收割后的水稻秸秆再利用，一分为二。上部分叶片经过简单碳化得到多孔碳基光吸收材料，并与纤维素材料复合制成一张高稳定性、高机械强度的多孔光热蒸发膜，太阳光吸收达89.4%，太阳照射下表面温度能迅速达到72℃。下部分秸秆直接用来作为汲水通道和支撑体。
水稻是一种蒸腾系数很高的作物，其秸秆内部有独特的毛细内腔和多级微纳结构的壁面，这赋予了水稻秸秆非常优异的自下而上、无障碍供水能力，可将污水、泥水、盐水等泵抽到上方；由水稻秸秆制得的光热蒸发膜和汲水通道组装成全生物质光热蒸馏器。
将其放置在透明密闭蒸发腔室内进行室外海水淡化的连续模拟实验，在晴天和多云天气下日产水量分别为6.4~7.9 kg m-2 和4.6~5.6 kg m-2，且水质直接达到饮用标准（盐离子去除率保持在99.9%以上），也就是说一平米这种光热蒸发膜制取的淡水完全能够满足2~3个成年人一天的饮水需求。
除了适用于海水淡化，该生物质光热蒸馏器还可从滩涂、湿地、沼泽等含水介质中稳定提取纯净水，展现出良好的普适性，这对于野外、岛礁、落后缺水地区是一项非常适用且可就地取材的淡水制取技术。
图4 基于水稻秸秆的全生物质光热蒸馏器设计原理
图5 全生物质光热蒸馏器的淡水制取能力
荒野求生，如果我是贝尔
在野外或荒岛等环境下，如何就地取材进行光热取水呢？将水稻或其他植物秸秆进行限氧碳化（也就是在非通风情况下不完全燃烧），同时将秸秆切成小段插入含水介质中（泥地、滩涂等），排成一个阵列后铺上纱布或衣物等吸水布料，再将碳化粉体铺在布料上，最后在这个蒸馏器上方罩上透明薄膜（塑料袋等）便可收集到可直接饮用的清洁水。这是不是比节目中贝尔的取水方法更安全可靠呢？
图6 利用全生物质光热蒸馏器制取淡水的适用场景
来源：中国科学院宁波材料技术与工程研究所
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