水资源短缺正在全世界迅速蔓延，威胁着五大洲的人口，需要全球性的可持续的解决方案。循环用水是提供清洁饮用水的最佳生态方法。近年来，水修复材料，如石墨烯、碳纳米管、活性炭、沸石和金属纳米粒子，已在各种净水技术中进行了探索。然而，这些材料通常价格昂贵，并且对环境和生态系统产生不利影响，因此迫切需要寻找低成本、安全和可持续的具有纳米结构的替代品。

  近日，暨南大学刘明贤教授课题组采用液氮辅助定向冷冻技术制备了一种具有定向通道的可持续的交联甲壳素纳米晶支架（XChNCs）。该支架在海水淡化、油水分离和染料吸附上均表现出高效的分离效果。该研究成果以“Chitin nanocrystals scaffold by directional freezing for high-efficiency water purification”为题发表在Separation and Purification Technology（影响因子9.136，一区TOP）杂志上。暨南大学化学与材料学院2021级博士生何韵晴为该论文第一作者，刘明贤教授为唯一通讯作者。

图1（a）ChNCs支架制备过程示意图。（b）ChNCs支架定向冷冻和冷冻干燥示意图。

  将商业墨水涂布在XChNCs支架的表面作为光吸收层（图3a），该涂层不会堵塞支架的垂直对齐通道（图3b）。表面涂有墨水的XChNCs支架由于在300 nm-1100 nm波长处对光具有较强的吸收强度（图3c），因此具有广泛的光学吸收和优异的光热导率。在模拟太阳光的氙气灯照射下，其表面温度能够迅速升高（图3d）。将该支架置于水面上，在没有氙灯照射的情况下，在支架的上方未观察到蒸汽柱（图3f）。相比之下，在模拟1个太阳或10个太阳的氙灯照射下，支架表面均被观察到连续的蒸汽逸出，并随着氙灯的照射强度越高，蒸汽柱越明显。因此将表面涂布墨水的XChNCs支架作为水蒸发器材，有利于提高对水的蒸发效率（图3i）。将该支架在稳定的光源照射下，重复进行淡化海水试验9次，水蒸发速率和蒸发效率均在合理范围内波动（图3I），表明该墨水表面涂布支架在海水淡化应用中具有良好的稳定性和可重复使用性。 

图3（a，b，c和d）表面涂布墨水的XChNCs支架的表征。（e，f，g，h和i） 采用氙灯模拟太阳光照射表面涂布墨水的XChNCs支架的表面进行海水淡化试验。（j，k和l）使用激光作为稳定光源对表面涂布墨水的XChNCs支架进行淡化海水循环稳定性测试。

图4（a，b和c）XChNCs支架的润湿行为。（d，e，f，和g）XChNCs支架的油水分离试验。（h，i和j）XChNCs支架的耐腐蚀性。

图5 XChNCs支架吸附亚甲基蓝（MB）、刚果红（CR）测试。

  本研究采用液氮辅助定向冷冻法制备了具有排列通道的ChNCs支架。定向通道有利于ChNCs支架快速吸收液体。采用戊二醛作为交联剂对该支架进行交联，以提高支架的耐水性和机械稳定性。该支架在海水淡化、油水分离和染料吸附上均表现出良好的分离效果。除此之外，XChNCs支架具有耐腐蚀性，可在恶劣环境下有效地分离油水混合物。因此本研究制备了一种可再生、可生物降解和高性能的生物质支架，在水净化方面有着广阔的应用前景。

  论文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.123177