一种太阳能蒸发器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种太阳能蒸发器及其制备方法和应用，所述太阳能蒸发器由水凝胶基质以及沉积在水凝胶基质底部的光热材料组成；所述光热材料包括硒化锡纳米片、金纳米颗粒或MoS2中的任意一种。本发明专利技术的太阳能蒸发器的蒸发率约为2.20kg

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能蒸发器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光热材料
，涉及一种太阳能蒸发器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着人口的不断增加，工业化和经济的不断发展，人类对淡水的需求越来越大。近年来，由于全球变暖，沿海地区频繁发生极端干旱天气，导致淡水资源短缺。地球淡水资源是有限的，地球上96.5％的水资源是海水，部分淡水资源在工业生产中受到污染。因此，缓解淡水短缺最有效的方法就是通过海水淡化和污水净化来获取淡水。传统的净水技术存在很大的局限性，设备规模大，结构复杂，成本高，能耗大。众所周知，地球上的主要能源是太阳能。直接利用太阳能进行海水淡化和污水处理，可以减少化石能源和电能的消耗，是非常低碳和环保的。总之，开发先进的太阳能净水技术对气候变化、经济发展、水安全等方面都具有重要意义。
[0003]太阳能驱动净水的核心单元是蒸发器，利用高效的输水性能和较大的光热效应，可实现高蒸发率。近些年出现的界面式太阳能蒸发器，可以利用漂浮在水面的光吸收膜在海水
‑
空气界面吸收太阳能，从而大大提高了太阳能到水蒸发的能量转换效率。但是，界面式太阳能蒸发器的光热性能与材料本身的光吸收能力密切相关，且有些材料本身也存在盐沉积堵塞、重复利用性差、易造成环境污染等问题，这些因素都限制了界面式蒸发器的发展。
[0004]CN111170393A公开了一种具有中空结构的太阳能蒸发器及其制备方法和应用。该专利技术提供的太阳能蒸发器的内部为中空结构，外部为具有两层结构的壳层，两层结构分别为多孔高分子骨架内层和光热材料形成的外层。该专利技术所得太阳能蒸发器在模拟太阳光(一个太阳光强：1KW
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‑2)的照射下，蒸发速率最高值可以达到1.476kg
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‑2·
h
‑1，蒸发效率最高值可以达到92.9％，但其蒸发速率还有待进一步提高。
[0005]因此，在本领域中，开发一种具有出色的光热转换能力、强耐盐性、可重复利用且环境友好的太阳能蒸发器，仍然是一个很大的挑战。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种太阳能蒸发器及其制备方法和应用。在本专利技术中，水凝胶包裹光热材料，形成一层薄薄的多孔结构复杂层，与水凝胶基质无缝连接。在一次太阳照射下，本专利技术的太阳能蒸发器的蒸发率约为2.20kg
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‑2·
h
‑1，能量转换效率约为91.7％。此外，本专利技术的太阳能蒸发器的长期太阳能海水蒸发测试显示了其具有超高离子截除率的可持续脱盐的实际潜力，且不会对环境和蒸发的淡水造成任何污染，是一种新的有效解决当前海水淡化问题的策略。此外，硒化锡纳米片(SnSe NSs)作为一种具有优异性能的吸光添加剂候选材料，这是首次应用在太阳能蒸发器上。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种太阳能蒸发器，所述太阳能蒸发器由水凝胶基质以及
沉积在水凝胶基质底部的光热材料组成；
[0009]所述光热材料包括硒化锡纳米片、金纳米颗粒、MoS2中的任意一种。
[0010]在本专利技术中，太阳能蒸发器由水凝胶基质以及沉积在水凝胶基质底部的光热材料组成，水凝胶具有多孔结构、高度可调的柔韧性、弹性和自愈能力、对水蒸气和水分子无阻隔性以及独特的膨胀性能，其主要起到快速传水和机械支撑的作用，光热材料起到吸收太能光、蒸发的作用。
[0011]优选地，所述光热材料为硒化锡纳米片。
[0012]本专利技术优选光热材料为硒化锡纳米片，相比于金纳米颗粒或MoS2，选用硒化锡纳米片作为光热材料，使得太阳能蒸发器具有更好的蒸发性能。
[0013]优选地，所述太阳能蒸发器的含水量为70
‑
80％，例如70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％或80％等。
[0014]本专利技术经过实验验证，随着太阳能蒸发器含水量的增加，水凝胶的吸水率增加，力学性能下降；当选用含水率为70
‑
80％的水凝胶作为蒸发器的基质，其具有良好的吸水特性和足够的灵活性，可起到快速传水和机械支撑的作用。
[0015]优选地，所述光热材料的粒径为20
‑
300nm，例如20nm、30nm、50nm、80nm、100nm、120nm、130nm、150nm、180nm、200nm、220nm、230nm、250nm、280nm或300nm等。
[0016]在本专利技术中，对沉积在水凝胶基质底部的光热材料的厚度不作具体限制，在水凝胶基质底部能沉积薄薄一层光热材料，即可达到吸收光热的效果。优选地，所述沉积在水凝胶基质底部的光热材料的厚度为50
‑
100μm，例如50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm或100μm等。
[0017]优选地，所述金纳米颗粒可以根据现有技术进行制备，也可以直接购买，所述MoS2可以直接购买。
[0018]优选地，所述硒化锡纳米片通过如下制备方法制备得到：
[0019](1)将硒化锡溶于溶剂中，超声破碎，离心，收集上清液；
[0020](2)向离心后的沉淀中继续加溶剂，超声破碎，离心，收集上清液，重复此步骤7～8次；
[0021](3)将步骤(1)和步骤(2)收集的上清液离心，收集沉淀，后处理，得到所述硒化锡纳米片。所述硒化锡纳米片为黑色粉末状。
[0022]优选地，步骤(1)和步骤(2)所述溶剂包括1
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮(NMP)。在本专利技术中，对步骤(1)和步骤(2)所述溶剂的加入量不作限制。
[0023]优选地，步骤(1)和步骤(2)所述超声破碎在冰浴条件下进行。
[0024]优选地，步骤(1)和步骤(2)所述超声破碎的时间各自独立地为1
‑
3h，例如1h、2h或3h等。
[0025]优选地，步骤(1)和步骤(2)所述离心的转速各自独立地为300
‑
800rpm，例如300rpm、400rpm、500rpm、600rpm、700rpm或800rpm等，离心的时间各自独立地为20
‑
50min，例如20min、30min、40min或50min等。
[0026]优选地，步骤(3)所述离心的转速为1000
‑
5000rpm，例如1000rpm、1500rpm、2000rpm、2500rpm、3000rpm、3500rpm、4000rpm、4500rpm或5000rpm等，离心的时间为20
‑
50min，例如20min、25min、30min、35min、40min、45min或50min等。
[0027]优选地，步骤(3)所述后处理包括清洗、冻干。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能蒸发器，其特征在于，所述太阳能蒸发器由水凝胶基质以及沉积在水凝胶基质底部的光热材料组成；所述光热材料包括硒化锡纳米片、金纳米颗粒、MoS2中的任意一种。2.根据权利要求1所述的太阳能蒸发器，其特征在于，所述光热材料为硒化锡纳米片；优选地，所述太阳能蒸发器的含水量为70
‑
80％。3.根据权利要求1或2所述的太阳能蒸发器，其特征在于，所述光热材料的粒径为20
‑
300nm。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的太阳能蒸发器，其特征在于，所述硒化锡纳米片通过如下制备方法制备得到：(1)将硒化锡溶于溶剂中，超声破碎，离心，收集上清液；(2)向离心后的沉淀中继续加溶剂，超声破碎，离心，收集上清液，重复此步骤7～8次；(3)将步骤(1)和步骤(2)收集的上清液离心，收集沉淀，后处理，得到所述硒化锡纳米片。5.根据权利要求4所述的太阳能蒸发器，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)所述溶剂包括1
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮；优选地，步骤(1)和步骤(2)所述超声破碎在冰浴条件下进行；优选地，步骤(1)和步骤(2)所述离心的转速各自独立地为300
‑
800rpm，离心的时间各自独立地为20
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50min；优选地，步骤(3)所述离心的转速为1000
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雯雯，蔡晓清，李峰，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：