本发明专利技术属于能源环境应用领域，具体涉及一种具有高效光热转化性能的装置及其应用。装置为多个具有中空结构的多孔毛细管和至少一层的具有漂浮能力的支撑板组成；支撑板设有通孔，通孔中插有具有中空结构的多孔管。所述装置在海水蒸发淡化中的应用。本发明专利技术具有高效光热转化性能的光热毛细管竖直阵列结构，实现对照射角度光的高效吸收利用，保持蒸发效率温度。同时其毛细管结构促进水和离子的传输扩散，在保证蒸发水供给的同时，避免盐离子析出污染。
【技术实现步骤摘要】
一种具有高效光热转化性能的装置及其应用
本专利技术属于能源环境应用领域，具体涉及一种具有高效光热转化性能的装置及其应用。
技术介绍
太阳光驱动的海水蒸发过程可以直接从海洋中分离出淡水，是理想的海水淡化方式，具有很高的应用前景。师法自然，人类通过太阳能蒸馏器的方式对自然蒸发分离淡水过程加以利用。但是，自然蒸发过程较慢，效率较低，因此应用受到极大限制，无法满足沿海及海岛地区的日常用水需求。利用能够将太阳光能高效捕获并转化为热能的光热材料，集中对蒸发界面加热，能够获得高的蒸发界面温度，从而加快水蒸发速率。研究人员相继开发报道了多种光热材料以适应水蒸发，尤其是海水蒸发过程的要求(PengWang,EnvironmentalScience:Nano2018,5,1078；陈志钢，刘子潇，张瑞琦，张丽莎，章天涯，朱波，何书昂，包沪维，一种聚丙烯腈/硫化铜光热纳米纤维布及其制备和应用，CN106637921B)。然而二维的平面光热膜材料在光吸收及能量利用方面具有较大瓶颈，难以有效减少热辐射和热对流造成的能量损失。此外，在实际光照情况下，日照角度随时间变化，而平面光热膜无法保证在可变角度下的高效光吸收利用，从而导致蒸发速率严重降低。相比之下，具有三维宏观几何形貌的光热装置能够克服平面光热膜在能量利用方面的缺陷，实现更高效的光热蒸发。但同时由于空间几何尺寸的增大，水和离子的传输扩散成为制约光热蒸发速率的重要因素，造成盐析出对膜的污染。因此，在选择合适的单元构筑三维宏观几何形貌对于实现多角度光照条件下海水蒸发效率的稳定和抗盐污染具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有高效光热转化性能的装置及其应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种具有高效光热转化性能的装置,装置为多个具有中空结构的多孔毛细管和至少一层的具有漂浮能力的支撑板组成；支撑板设有通孔，通孔中插有具有中空结构的多孔管。所述支撑板的通孔中插有具有中空结构的多孔毛细管，其支撑板上的光热毛细管可以随意调整相对高度，具有中空结构的多孔毛细管下端与支撑板下表面的间距为0-19cm，优选1.5-4.5厘米。所述支撑板上开设的通孔按照几何图形的形式设列。所述具有中空结构的多孔毛细管等长；相邻的具有中空结构的多孔毛细管上端与支撑板下表面的间距具有高度差。根据支撑板上设计的图形，将具有中空结构的多孔毛细管插入其中，并调整各管的与支撑板下表面的相对高度，进而改变阵列结构形成不同几何形貌。所述支撑板上按几何图形开设多列通孔，每一列(横列或纵列)通孔中具有中空结构的多孔毛细管位于支撑板上表面上方的长度相等，各列的孔所插入的具有中空结构的多孔毛细管位于支撑板上表面上方的长度由一侧向另一侧递增或递减，形成竖直阵列结构；或，每一列(横列或纵列)通孔中具有中空结构的多孔毛细管位于支撑板上表面的长度相等，相邻两列的孔所插入的具有中空结构的多孔毛细管的顶端之间具有高度差，形成竖直阵列结构；或，所述支撑板上按几何图形开设多列通孔，其中，几何图形为轴对称图形，对称轴两侧对称设置，插入至通孔的具有中空结构的多孔毛细管与支撑板上表面之间的高度由边缘列向中间列依次递减，或由中间列向边缘列依次递减；所述每列插入通孔中具有中空结构的多孔毛细管位于支撑板上表面的长度相等。所述任意两个相邻的具有中空结构的多孔毛细管的间距为1-20毫米，优选2-5毫米。所述几何图形为圆形、多边形或不规则图形；其中，多边形包括三角形、四边形、五边形、六边形、八边形。所述具有中空结构的多孔毛细管的管壁为多孔结构，孔径为10-5000纳米，优选管壁上分布不同孔径的孔，其中，不同孔径可为50-500纳米、1-10微米、500-1000纳米中的一种或几种的孔两种孔尺寸的分级孔结构；毛细管内径为50-5000微米，壁厚为50-2000微米，长度为1-20厘米，优选内径为200-1000微米，壁厚为200-800微米，长度为1-5厘米；毛细管外表面修饰光热涂层形成亲水性管状材料。所述功能光热涂层为聚吡咯、碳材料或含钴黑色颜料。所述功能光热涂层表面修饰方法包括利用化学氧化聚合沉积、浸渍、物理沉积。进一步的说：1)化学氧化聚合沉积为，将毛细管一次或多次浸入到氧化剂中取出自然干燥。上述处理得到毛细管与吡咯置于密闭容器中于4-150℃下保温5-300min；其中，吡咯用量每平方厘米基底材料表面积为0.1-10μL；优选温度为70-110℃，反应时间60-120min，功能光热聚合物用量每平方厘米毛细管表面积为0.5-2μL。反应后取出，依次用去离子水和乙醇洗涤至洗涤液无色，自然晾干。所述氧化剂为浓度范围在1.0mmolL-1-2.0molL-1的三氯化铁或过硫酸铵的水溶液或乙醇溶液，优选为0.2-1.0molL-1的三氯化铁水溶液2)浸渍为，将毛细管浸入到具有光热功能的碳材料、含钴黑色颜料配置的水溶液或有机溶液中，取出晾干，一次或多次反复浸渍。上述碳材料包括碳纳米管、石墨烯、碳量子点、活性炭、墨汁，含钴黑色颜料包括以钴和其他金属形成的尖晶石型氧化物或几种氧化物的混合物。上述水溶液的溶剂为纯水或含有表面活性剂的水溶液，表面活性剂含量为0.1-5wt％。上述有机溶剂包括乙醇、甲醇、丙酮、乙醚、甲苯、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇、石油醚、醋酸乙酯。上述溶液中光热材料的浓度为0.2-2wt％3)物理沉积为将光热材料，包括聚吡咯、碳材料、含钴黑色颜料配制溶液或悬浊液，通过喷涂、减压抽滤的方式沉积到毛细管表面，干燥得到。上述溶液溶剂为纯水或含有表面活性剂的水溶液，表面活性剂含量为0.1-5wt％。上述有机溶剂包括乙醇、甲醇、丙酮、乙醚、甲苯、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇、石油醚、醋酸乙酯。上述溶液中光热材料的浓度为0.05-0.5wt％。所述支撑为具有漂浮能力的支撑板，其板材质为聚合物、木材，能够自漂浮与水面上；优选聚苯乙烯泡沫或软木板。所述支撑板厚度为0.1-5厘米，优选0.3-1.0厘米。所述支撑板可以为单层或多层，优选单层或两层。所述形成竖直阵列结构可直接或间接的吸收紫外光、可见光、红外光、太阳光中的一种或几种形成的复合光；并通过形成的不同几何形貌的竖直阵列结构，实现对0-180°照射角度光高效捕获吸收。一种具有高效光热转化性能的装置的应用,所述光热毛细管形成阵列结构装置在海水蒸发分离淡水中的应用。所述具有高效光热转化性能的光热毛细管竖直阵列结构能够利用光能加快水蒸发中并应用。本专利技术具有如下优点：本专利技术具有高效光热转化性能的光热毛细管竖直阵列结构，实现对照射角度光的高效吸收利用，保持蒸发效率温度。同时其毛细管结构促进水和离子的传输扩散，在保证蒸发水供给的同时，避免盐离子析出污染；进一步的说：(1)利用具有合适内径及长度的亲水性光热毛细管，能够通过毛细作用将海水提升到毛细管顶端，有效的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有高效光热转化性能的装置,其特征在于：装置为多个具有中空结构的多孔毛细管和至少一层的具有漂浮能力的支撑板组成；支撑板设有通孔，通孔中插有具有中空结构的多孔管。/n
【技术特征摘要】
1.一种具有高效光热转化性能的装置,其特征在于：装置为多个具有中空结构的多孔毛细管和至少一层的具有漂浮能力的支撑板组成；支撑板设有通孔，通孔中插有具有中空结构的多孔管。
2.按权利要求1所述的具有高效光热转化性能的装置,其特征在于：所述支撑板的通孔中插有具有中空结构的多孔毛细管，具有中空结构的多孔毛细管下端与支撑板下表面的间距为0-19cm。
3.按权利要求1或2所述的具有高效光热转化性能的装置,其特征在于：所述支撑板上开设的通孔按照几何图形的形式设列。
4.按权利要求3所述的具有高效光热转化性能的装置,其特征在于：所述具有中空结构的多孔毛细管等长；相邻的具有中空结构的多孔毛细管上端与支撑板下表面的间距具有高度差。
5.按权利要求4所述的具有高效光热转化性能的装置,其特征在于：所述支撑板上按几何图形开设多列通孔，每一列(横列或纵列)通孔中具有中空结构的多孔毛细管位于支撑板上表面上方的长度相等，各列的孔所插入的具有中空结构的多孔毛细管位于支撑板上表面上方的长度由一侧向另一侧递增或递减，形成竖直阵列结构；
或，每一列(横列或纵列)通孔中具有中空结构的多孔毛细管位于支撑板上表面...
【专利技术属性】
技术研发人员：江河清，王玉超，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37
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