基于环境吸热型光热蒸发器的制备及其蒸发性能研究
由于水资源短缺的问题日趋严峻，利用新型能源获取淡水资源成为当下研究的热点之一。太阳能作为一种环境友好、经济高效的可再生资源，在缓解清洁水资源短缺领域具有巨大的发展潜力。由此，太阳能驱动水蒸发技术应运而生，其中界面蒸发技术可将光热材料吸收太阳光并转换而成的热量定位在蒸发表面，从而实现高效蒸发。有效的能源管理是优化太阳能驱动界面蒸发性能的关键，这对于蒸发器制备过程中光热材料的选择和蒸发器结构的设计提出了要求。因此，本文从材料和结构两方面入手，制备了两种太阳光蒸发器，能够实现从环境吸热促进蒸发过程，表现出高效的蒸发性能。具体研究内容如下: (1)为了更好的提升蒸发器的水蒸发性能，利用醋酸纤维素基烟头滤嘴与MXene材料复合，制备了一种可高效蒸发的MXene@PVA@烟头滤嘴(MPCF)太阳光驱动水蒸发器。首先，醋酸纤维素基烟头滤嘴(CF)的亲水性和准定向结构保证了蒸发器的良好水传输特性;其次，MXene作为一种新兴的光热材料，能够充分吸收和转换太阳光;最后，为了提高蒸发器的稳定性，选用聚乙烯醇(PVA)作为MXene和CF骨架之间的粘结剂，制备了一种MPCF光吸收体。为了利用环境能量增强蒸发器的光热水蒸发速率，在太阳光蒸发表面和水体之间引入了一定高度的冷蒸发表面，并探究了高度的改变对蒸发性能的影响。结果表明，当蒸发器暴露在环境中的高度为6cm时，一个太阳光下，能够达到3.34kg m-2h-1的蒸发速率和130.0％的能源转换效率，远高于理论极限，证实了这种方法在实际应用中的巨大潜力。 (2)为了达到高效蒸发的目的，利用了还原氧化石墨烯的优秀光吸收性能、醋酸纤维素基烟头滤嘴的亲水性和准定向输水结构，制备了一种还原氧化石墨烯@烟头滤嘴(RGO@CF)复合材料。为了保证复合材料的亲水性能，选用抗坏血酸对氧化石墨烯(GO)进行弱还原，从而保留丰富的极性含氧官能团;为了充分利用环境能量，设计了具有不同高度的RGO@CF蒸发器，从而获得更大的侧面面积，通过温差驱动从周围环境吸热。结果表明，具有5cm高度的RGO@CF蒸发器能够在光强为1KW m-2时表现出优异的太阳光驱动蒸汽产生性能，蒸发速率达到2.78kg m-2h-1，对应的能源转换效率为130.4％，远高于100％。
太阳光蒸发器;制造工艺;还原氧化石墨烯;MXene材料;蒸发性能;能源转换效率
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
于中振
2021
中文
TK513
2021-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）