摘要
随着经济的发展和人口的增加，淡水资源日趋短缺。近年来利用太阳能界面蒸发技术处理含盐水和废水获得淡水引起了研究人员的广泛关注。与传统的淡水生产方法相比，太阳能界面蒸发技术具有绿色、成本低和规模可调等特点。木材作为一种常见的天然材料，具有环保、可再生、高机械强度、高亲水性、低密度、低导热和低成本等优势，在太阳能界面水蒸发领域具有很大的应用潜力。因此，本论文以木材为蒸发器基底进行了以下研究： （1）以木材为基底，通过自降解模板法，在木材表面原位生长聚吡咯纳米管，成功制备了聚吡咯纳米管-木材复合材料（PPy_NT-wood）。PPy_NT-wood在300-2500nm的全太阳光谱范围内具有高光吸收(~99%)。在1倍太阳光强下具有1.03kg·m-2·h-1的高蒸发速率和66.2%的蒸发效率。凭借复合材料良好的亲水性和双峰多孔结构，PPy_NT-wood展现出了优异的拒盐能力。同时，南海海水经该材料淡化后，收集的水样中主要离子的浓度显著降低。PPy_NT-wood在处理黄河水、重金属废水、不同pH值的废水以及染料废水时也均表现出优秀的净化能力。因此，PPy_NT-wood在太阳能界面蒸发领域具有广阔的应用前景，并且为不同形貌的聚吡咯乃至共轭聚合物在该领域的应用提供了指导。 （2）在实际应用过程中，太阳能界面蒸发材料可能会被含油废水中的油基污染物污染，造成其蒸发性能的大幅下降。目前木基太阳能界面蒸发材料极少针对含油废水进行优化和设计。为了提高木基材料处理含油废水的能力，本工作通过部分去除木材的木质素和半纤维素辅以碳纳米管为光热材料，开发了一种抗油污木材衍生气凝胶太阳能界面蒸发材料。该材料拥有超亲水性和水下超疏油性，并且以木材管道上的微孔为主要水传输通道。在1倍太阳光强下该材料在水包油乳液中实现了1.17kg·m-2·h-1的蒸发速率，相比纯水中仅下降3.3%。乳液经净化后水中TOC值由6309ppm下降到38ppm，去除率高达99.4%。该材料还展现出了良好的循环性能。除此之外，其在海水淡化、重金属废水处理和有机染料废水处理方面均具有良好的应用潜力。这种抗油污木材衍生气凝胶太阳能界面蒸发材料制备方法简单成熟，易于放大，为木基太阳能界面蒸发材料处理含油废水开辟了新的途径。 （3）由于木基太阳能界面蒸发材料的制备需要高温条件或者使用化学试剂，具有安全风险和环境风险。为了追求制备过程更加安全和绿色的木基太阳能界面蒸发材料，本工作以墨鱼汁中天然黑色素纳米颗粒为光热材料，通过简单的“真空浸渍并烘干”的方法，将其锚定在木材上，成功构建了全天然、全生物质的墨鱼汁-木材复合材料。墨鱼汁-木材复合材料在300-1000nm波长范围内，表现出98.28%的高吸光率。在1、2、3和5倍太阳光强下，该复合材料表现出0.88、1.81、2.72和4.59kg·m-2·h-1的蒸发速率，分别对应于56.2、58.92、59.91和60.78%的蒸发效率。同时，该材料可用于海水淡化，重金属废水和有机染料废水的处理，并表现出良好的处理效果。墨鱼汁-木材复合材料具有绿色环保、工艺复杂度低以及制备温度不高等优势，为开发安全和绿色的太阳能界面蒸发材料提供了新的思路。
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