摘要
目前，大部分塑料来源于石油化工产业，具有产量高、平均使用寿命短且在自然环境中难以降解等特点。正因如此，全球废塑料累积量急剧增加造成了日益严重的“白色污染”问题。塑料中碳元素含量较高，将废旧塑料转化为高附加值的碳材料是一种新型的塑料回收再利用方式。将废旧聚酯转化为碳材料已经受到了广泛的关注，但以前的方法仍存在碳化温度较高、碳化反应不可控、碳产率和碳材料比表面积较低、催化剂难以回收以及所得碳材料光催化活性较低等缺点。 除环境污染问题以外，水资源短缺和水体污染也是当今世界面临的两大难题。太阳能作为一种取之不尽的清洁能源受到人们的重视。为此，本论文旨在开发将废弃聚酯转化为功能性碳基材料的新方法，并将其应用于太阳能界面光热-蒸汽转化和光催化有机污染物降解，从而生产淡水。具体研究内容和结果如下： （1）提出了利用氧化锌在550 ℃催化废旧聚碳酸酯（PC）可控碳化制备具有仿生蛇皮状多孔碳材料的方法。研究发现，这种精心设计的多孔结构具有强吸光能力、低导热率、超亲水性和超润湿性，这些优点使其具有较高的光热转换效率和快速的水分子传输能力，从而在太阳能驱动蒸汽产生应用中具有良好的性能（例如，在一个太阳光强度下的蒸发速率达到1.58 kg m-2 h-1）。值得指出的是氧化锌可以回收再利用。 （2）在上述研究工作的基础上，提出废旧聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）作为碳源制备高比表面积的多孔碳材料的新方法，并将制备的多孔碳与木材结合构筑了双层太阳能蒸发器。多孔碳具有丰富的含氧基团、可控的微孔/介孔/大孔和高比表面积（1164 m2 g-1），而木材内部具有天然的微通道和固有的超亲水性。得益于此，双层太阳能蒸发器在界面光热-蒸汽转化中能有效降低水的蒸发焓，使得双层太阳能蒸发器具有高蒸发速率（2.38 kg m-2 h-1）、优异的稳定性和良好的抗盐性。 （3）为了获得具有光催化活性的碳基材料，提出在360 ℃下以废旧PET和三聚氰胺为原料，氧化锌为催化剂，制备具有分子内给体-受体（Donor-Acceptor，D-A）共轭结构的新型氮化碳（C3N4）。与传统C3N4相比，具有D-A共轭结构的新型C3N4表现出更短的光生电荷载流子寿命、更低的光致发光强度和更高的光电流响应，证明D-A 共轭体系的引入增强了光生电荷载流子的分离效率，进而显著提高光催化降解性质。比如，具有D-A共轭结构的C3N4在光催化降解氨基黑10B染料的动力学常数是未改性C3N4的101倍。因此，将废旧聚酯转化为高附加值的碳基材料是一种新的前景广阔的废旧聚合物回收途径，不仅对于资源的高效利用、可持续发展和环境保护具有重大意义，还为解决全球淡水资源短缺的问题提供了新策略。
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