全球水资源短缺问题日益严峻，农业作为全球淡水消耗的大户，面临着巨大的水资源压力。在沿海和盐碱地区，虽然海水资源丰富，但缺乏可直接用于灌溉的淡水，导致农作物产量下降，威胁到区域粮食安全。太阳能驱动的界面蒸发技术因其低能耗、环保等优势，成为解决海水淡化和水资源短缺问题的潜在方案。然而，将太阳能海水淡化与作物灌溉有效整合，实现海水的规模化利用，仍面临诸多挑战。一方面，现有系统大多采用水平分离或单一功能设计，不利于实际农业场景中的规模化和效率提升；另一方面，蒸发器的高成本、机械脆弱性以及在户外复杂环境下的稳定性不足，限制了其长期稳定运行和实际应用的可行性。

 在这项研究中，研究人员成功开发了一种高性能的四氧化三铁 - 聚乙烯醇 - 壳聚糖纳米复合水凝胶（FPCH），并将其应用于集成的太阳能蒸发海水淡化 - 作物灌溉双功能系统。该水凝胶通过构建富含亲水基团的水合网络，实现了极高的蒸发速率（5.17 kg/m²h）和太阳能 - 蒸汽转换效率（93.2%），在自然阳光下表现出卓越的性能。研究人员详细阐述了该水凝胶的制备过程，包括化学交联和冻融循环辅助物理交联，确保了纳米颗粒在水凝胶中的均匀分布和稳定嵌入。此外，FPCH水凝胶在复杂的水环境中展现出优异的稳定性和适应性，能够在广泛的模拟盐度范围内实现超过99.9%的海水淡化效率，同时有效去除有机染料和重金属离子。基于FPCH水凝胶的双功能系统，实现了每天每平方米7.5升的淡水产量，并显著促进了作物生长，15天内平均植株高度增加了12厘米。

该研究提供了一种成本效益高、可扩展性强的海水淡化 - 农业耦合解决方案，为沿海和干旱地区的可持续农业发展开辟了新途径。FPCH水凝胶凭借其优异的光热转换性能、高效的水分传输能力和降低的蒸发焓，为太阳能驱动的海水淡化技术树立了新的标杆。通过将海水淡化与作物灌溉有机结合，该系统不仅解决了水资源短缺问题，还提高了农业生产的可持续性和韧性。这一成果展示了在资源受限和环境恶劣的地区，利用太阳能和海水进行农业生产的巨大潜力，为全球粮食和水安全问题提供了新的思路和方法。

原文链接：sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894725104993?utm_source=chatgpt.com