一种简易的盐分调控法，让海水淡化浓盐水零排放且无需添加化学药剂

本文报道了一种无需添加任何化学阻垢剂即可实现海水淡化浓盐水零液体排放（ZLD）的创新方法。传统热驱动界面蒸发结晶技术虽能利用太阳能等可再生能源实现浓盐水固化，但实际应用中常因微量盐类（如海水淡化浓盐水中的硫酸镁MgSO₄）与主盐（氯化钠NaCl）共结晶，在蒸发表面形成致密盐垢层，严重阻碍水分输送，导致系统失效。目前常用化学添加剂（如阻垢剂、沉淀剂）来缓解结垢，但会增加运行成本并带来潜在环境风险。本研究另辟蹊径，不依赖化学品，而是基于对蒸发过程中盐分迁移机制（毛细流、扩散、密度驱动对流）的深入理解，发现可通过调控“质量传输距离”——即蒸发界面到主体浓盐水的距离——来增强易结垢组分（MgSO₄）的自然回流。回流增强后，MgSO₄在蒸发界面的局部浓度降低，从而显著抑制其在NaCl晶体孔隙中的沉积，使形成的混合盐晶体保持多孔疏松结构（孔隙率约20%，平均孔径12微米），保障水分持续、稳定地向上输送。研究人员据此设计了一种结构简单的圆柱形太阳能蒸发器，通过精确控制其高度（即质量传输距离L）来优化回流效果。模拟与实验证明：当蒸发器高度为5厘米时，MgSO₄在结晶盐中的比例可稳定控制在约8.5%，远低于原始浓盐水中的20.17%，且整个蒸发过程无可见结垢，蒸发速率稳定在4.29千克/平方米·小时，连续运行达408小时。户外实地测试（广州，3×3阵列）进一步验证了其可行性，日均蒸发量达22.42千克/平方米·天。该策略还被证实可同步抑制其他结垢成分（如氯化钙CaCl₂）的共结晶，且具备自适应性——即使上部区域出现轻微结垢，下部较短传输距离区域仍能维持高效蒸发，确保最终完成全部液体向固体盐的转化（即真正实现ZLD）。此外，该蒸发器成本极低（仅0.017美元/平方米），且其核心原理——调控质量传输距离以增强有害盐分回流——具有普适性，可适配不同结构（如三维杯状）的蒸发器，并有望推广至石化、化工等高盐工业废水的零排放处理及盐湖资源提取等领域。