摘要
随着工业化和人口的增加，淡水资源短缺已成为人类亟待解决的问题。海水淡化是目前解决淡水资源短缺最有效的方法之一。太阳能驱动的水蒸发利用取之不尽的太阳能进行光热转换，加热水体，促进水蒸发。该技术节能环保，是未来海水淡化技术发展的大方向。水蒸发材料主要由光热转换材料以及亲水性骨架材料两部分组成。本文利用硫化铜（CuS）、还原氧化石墨烯（rGO）和硫化铜/还原氧化石墨烯（CuS/rGO）作为光热转换材料，聚乙烯醇（PVA）作为骨架，制备出具有多级孔结构水凝胶用于高效的太阳能水蒸发，并探究了光热转换材料以及水凝胶结构对于水蒸发性能的影响。 首先通过还原氧化石墨烯（GO）获得rGO，后将其作为光热转换材料与PVA共混后进行化学交联，制备出具有多级孔结构的rGO/PVA光热转换水凝胶（TLPSH），探究了rGO/PVA固含量对蒸发速率的影响。研究发现：TLPSH展现出优异的太阳光吸收性能，吸光度高达98.2%，5min内，蒸发表面温度可迅速升高20℃左右。固含量为10wt%的TLPSH2展现出最佳的蒸发性能，归因于其独特的多级孔结构（可降低水蒸发焓）、合适的孔隙率（80%）以及优异的水运输速率（1.3g/min）；通过模拟海水蒸发实验，在1个太阳光下，海水蒸发速率高达1.65kgm-2h-1，是其自蒸发速率（0.38kgm-2h-1）的4.34倍，能量转换效率可达107.2%。 利用rGO作为掺杂剂制备CuS/rGO，并将其作为光热转换材料与PVA共混交联，制备出具有多级孔结构的CuS/rGO/PVA光热转换水凝胶（SCr），探究了光热转换材料的添加量、水凝胶厚度以及固含量对SCr蒸发速率的影响。通过研究表明：掺杂获得的CuS/rGO的太阳能吸收性能（95.4%）相比于CuS（89.6%）得到了大幅提高。通过对所制备的不同CuS/rGO负载量、CuS/rGO/PVA含量以及不同厚度的SCr的模拟海水蒸发实验发现，CuS/rGO负载量为0.2wt%(相较于PVA的质量)，CuS/rGO/PVA含量为10wt%，厚度为3mm时，具有最佳的水蒸发性能，在1个太阳光下，所对应的模拟海水蒸发速率为1.59kgm-2h-1，能量转换效率可达103.3%。
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