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在偏远地区，商业乙醇消毒剂供应受限，回收利用困难。研究人员开发了一种家用太阳能驱动乙醇回收消毒装置。该装置蒸发效率高，能将稀乙醇浓缩用于医疗消毒，还可利用乙醇蒸汽消毒，为偏远地区提供了可持续的解决方案。
在全球抗疫的大背景下，乙醇消毒剂的重要性不言而喻。70%-90% 浓度的乙醇对多种病原体都有很好的消杀效果，世界卫生组织（WHO）也将 80%（体积分数）的乙醇列为预防医疗相关感染的基本药物。然而，在偏远地区，乙醇消毒剂却面临着重重困境。当地生产能力有限，供应链脆弱，导致消毒剂持续短缺；部分市售产品质量堪忧，乙醇实际浓度低于标注，甚至存在乙醇类化妆品被误当作消毒剂使用的情况，却又无法达到应有的消毒效果。此外，传统乙醇回收需要专业的再生塔，这在偏远地区难以实现。因此，开发一种适用于偏远地区的乙醇消毒和回收利用方案迫在眉睫。
为了解决这些问题，来自南京大学医学院附属口腔医院的研究人员开展了一项关于太阳能蒸发驱动的家庭乙醇蒸馏和消毒系统的研究。他们成功开发出一种小型太阳能驱动的乙醇回收和消毒装置，该研究成果发表在《Biochemical Engineering Journal》上。这项研究成果意义重大，它为偏远地区提供了一种可持续的乙醇蒸馏和消毒解决方案，降低了对外部供应链的依赖，同时通过利用废弃物制作光热组件，实现了环保和经济的双赢。
研究人员在开展研究时，运用了以下几个主要关键技术方法：首先，制备了聚多巴胺（polydopamine）涂层的三聚氰胺海绵（PCMS）作为太阳能蒸发器，这种蒸发器是通过多巴胺在回收的三聚氰胺海绵（MS）上原位聚合而成。其次，设计了一套便携式太阳能蒸馏系统，用于闭环乙醇回收和消毒。该系统利用太阳能产生乙醇蒸汽，对医疗器械进行消毒，并收集冷凝乙醇以便后续循环使用 。
研究结果
- PCMS 的制备与特性：PCMS 通过多巴胺在回收的 MS 上原位聚合制备而成。清洁后的海绵浸泡在多巴胺盐酸盐溶液（pH~8.8）中搅拌 12 小时，多巴胺在氧气作用下发生化学氧化。MS 具有高度多孔的互连网络结构，这种结构不仅热导率低，有利于热量集中，还能提供丰富的水分传输通道，实现高效供水。而涂层的聚多巴胺则作为光热转换材料，发挥着关键作用。
- 蒸发性能：研究人员对不同乙醇浓度的溶液进行了蒸发测试，结果令人惊喜。该蒸发器对于 0%-100% 浓度的乙醇溶液，蒸发速率可达到 1.52 kg m-2 h-1 至 7.54 kg m-2 h-1，展现出了极高的蒸发效率。这意味着该装置能够有效处理不同浓度的乙醇溶液，为乙醇的回收利用提供了坚实的基础。
- 消毒效果：研究人员进行了户外消毒实验，旨在探究太阳能产生的乙醇蒸汽的消毒能力。实验结果表明，在 30 分钟内，太阳能产生的乙醇蒸汽可以有效地消除大肠杆菌（Escherichia coli）和白色念珠菌（Candida albicans），完全符合 WHO 的标准。这一结果证明了该系统在消毒方面的有效性，能够为偏远地区提供可靠的消毒手段。
- 系统优势：该系统采用闭环设计，实现了乙醇的消毒、冷凝和再利用，极大地提高了废乙醇的利用效率。同时，通过优化乙醇的利用，与传统方法相比，该系统每年的消毒成本降低了 20 多倍。而且，利用当地可获取的废料（如废泡沫、生物质衍生碳）制作光热组件，既实现了废料的再利用，又降低了消毒成本，具备显著的环境和经济双重优势。
研究结论和讨论
综上所述，研究人员成功设计了一种基于太阳能蒸发器和废乙醇的便携式太阳能蒸馏和消毒系统。聚多巴胺涂层的三聚氰胺海绵在太阳能照射下，能够高效蒸发不同浓度的乙醇溶液。闭环系统设计实现了乙醇的消毒、冷凝和再利用，显著提高了废乙醇的利用效率。户外测试表明，该太阳能消毒装置能够有效消除大肠杆菌和白色念珠菌，为偏远地区提供了一种可持续的消毒解决方案。
这项研究成果具有多方面的重要意义。从医疗角度来看，它为偏远地区解决了乙醇消毒剂供应不足的问题，保障了当地居民的健康安全，尤其是在疫情防控常态化的背景下，能够有效应对突发公共卫生事件。从经济角度分析，大幅降低的消毒成本减轻了偏远地区的经济负担，提高了资源利用效率。从环保层面考虑，利用废料制作光热组件，实现了废弃物的资源化利用，符合可持续发展的理念。该研究为资源受限地区的低成本、低碳卫生设施建设提供了一种可行的模式，有望在全球范围内推广应用，为改善偏远地区的卫生条件做出重要贡献。
