摘要
太阳能海水淡化被认为是解决淡水资源短缺挑战的有效解决方案之一。其中，光热转换膜是实现太阳能海水淡化的关键。目前，人们已经设计和开发了多种光热纳米材料单层膜（例如金纳米颗粒、石墨烯等），这些漂浮在水面的单层光热膜可改善海水蒸发速率。为了进一步减少热量损失，多层结构的光热膜例如碳泡沫/片状石墨烯，表面碳化双层木材等也被开发利用。然而，蒸发过程中光热膜表容易析盐导致效率下降，盐的清洗过程还容易破坏薄膜结构。为解决这一问题，本文中以钨/碳基光热材料为基础，制备了光热转换布，其可高效蒸发海水，析盐后通过翻转清洗来自动除盐。主要工作内容如下： （1）Cotton-CsxWO3光热布用于太阳能海水淡化 利用简单的水热法合成了长度约为40nm、直径为10nm的CsxWO3纳米棒，它展现了优异的光吸收性能和光热能力。随后将CsxWO3纳米棒涂敷在棉布表面。Cotton-CsxWO3光热布具有优异的润湿性，有利于水输运。同时，其还展现了宽光谱吸收能力，能吸收~90.52％太阳光。在模拟太阳光照射下，cotton-CsxWO3光热布能在40s从27℃快速上升至80℃，高于同等条件下空白棉布的升温(33℃)。将cotton-CsxWO3光热布组装成“三明治”结构的太阳能水蒸发装置，在模拟太阳光（1.0kW m-2）照射下，水蒸发速率达到1.575kg m-2h-1。经过一段时间的光照，盐颗粒会在cotton-CsxWO3光热布的表面积累并影响水蒸发速率。通过简单的上下翻转，固体盐颗粒可以重新溶解在海水中而被去除，同时水蒸发速率基本保持不变。重复照射＞20次后，样品的表面形态、光吸收性能和水蒸发性能基本保持不变，展现了良好的循环稳定性。本文中制备的cotton-CsxWO3光热布成本低且易清洗，在海水淡化中有巨大的应用潜力。 （2）碳纳米管气凝胶光热布用于太阳能海水淡化 利用简单的冻干-交联工艺制备了CNTs气凝胶，CNTs气凝胶的形貌可通过调整羟乙基纤维素（HEC）和明胶的用量来优化。CNTs气凝胶包含许多孔洞，随着HEC用量的相对比例增大，气凝胶表面的孔洞逐渐变大，孔洞形状由圆逐渐变成椭圆，表面也逐渐呈现了层状结构，有利于后续的海水输运。同时，CNTs aerogel光热布展现了宽光谱吸收能力，能吸收~94.40％太阳光。将CNTs aerogel光热布组装成“三明治”结构的太阳能水蒸发装置，在模拟太阳光（1.0kW m-2）照射下，水蒸发速率达到了1.62kg m-2h-1。一段时间光照后，盐颗粒会在CNTs aerogel光热布的表面积累并影响水蒸发速率。通过简单的上下翻转，固体盐颗粒可以重新溶解在底部海水中而被去除。重复照射后的光热布保持了初始的光吸收和水蒸发性能，照射和翻转＞20次后也能保持稳定。因此，这种CNTs aerogel光热布为开发新型三维材料用于太阳能海水淡化提供了新思路。
NETL