一种具有向日葵仿生结构的三维海水淡化蒸发器及其制备技术制造技术

本发明专利技术属于光热转换及太阳能海水淡化领域，具体涉及一种具有向日葵仿生结构的三维海水淡化蒸发器及其制备技术。将聚酯纤维清洗干燥后分别在六水合氯化铁溶液和吡咯溶液中浸泡，最后用去离子水清洗并干燥得到聚吡咯改性纤维。利用具有全角度、高精度及快速响应特性，且响应过程无须人为干预的复合水凝胶，并在水凝胶中心引入二维吸水材料和具有高效光热转换效率的聚吡咯改性纤维。聚吡咯改性纤维具有良好的光热性能和稳定性，且具有廉价、可大面积制备、可缝制以及可洗涤的优点，与二维吸水材料构建成了一种新型的纤维复合材料，将其集成在复合水凝胶中心可以得到一种具有向日葵仿生结构的三维海水淡化蒸发器。此外，该蒸发器具有形状记忆、全方位追光、自修复和光热响应等特点，在海水淡化、节能环保等领域具有巨大的应用潜力。大的应用潜力。大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种具有向日葵仿生结构的三维海水淡化蒸发器及其制备技术


[0001]本专利技术属于光热转换及太阳能海水淡化领域，具体涉及一种具有向日葵仿生结构的三维 海水淡化蒸发器及其制备技术。

技术介绍

[0002]在地球表面，有70％的面积被水覆盖，其中，淡水资源仅占总水里的2.5％。而在这极少 的淡水资源中，约70％的淡水被冻结在南极和北极的冰层中，加上土壤水分和深层地下水， 有87％的淡水资源难以被人类直接利用。在地球上，人类真正能够利用的淡水资源是江河湖 泊和地下水中的一部分，约占地球总水量的0.26％。预计到2025年，世界上将会有30亿人 面临缺水，40多个国家和地区淡水供应将严重不足。目前，海水淡化技术是解决水资源短缺 的主要途径之一。海水淡化技术还可拓展应用于苦咸水淡化、废水资源化、水生态修复、水 环境治理和饮水安全保障等领域，具有良好的社会、经济和生态效益。
[0003]最常用的海水淡化技术是：多效闪蒸、多效海水淡化、蒸汽压缩、反式渗透膜和电渗透。 但是传统的海水淡化技术需要依靠燃烧化石能源来驱动，在所有的可再生能源中，太阳能是 最有希望满足未来人类能源需求的选择。太阳光驱动的界面光热水蒸发，由于其可以通过在 远远低于水沸腾的温度下产生蒸汽来进行海水淡化，在过去几年中引起了越来越多的关注。 但是目前大多数光热材料主要关注提高能源效率和多功能应用的问题，缺乏可扩展、低成本、 灵活、可清洗的特点，严重限制了材料从实验室到工业化的应用。同时目前大多数的光热蒸 发都集中在固定的二维界面汽化平台上，存在空间利用效率低、太阳光利用率低等问题。因 此，在一个受限制的系统中，将二维光吸收器单元构建成三维框架被认为是提高净化水收集 能力的最为直接有效的方法之一。此外，传统的蒸发器主要漂浮在海水表面，只能在垂直照 射的太阳光下表现出最大的蒸发能力，太阳光驱动的界面水蒸发的性能还会受到入射光斜照 射时导致的光热蒸发减少的限制。因此，自动跟踪来自三维空间中入射光使蒸发器始终保持 在垂直入射的太阳光下，可以使蒸发器始终表现出最大的蒸发效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的：本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的目的 在于设计了一种三维界面汽化的器件。本专利技术的另一目的在于设计了一种集人工向光性、太 阳能界面蒸发、热响应性和自修复性于一体的具有向日葵仿生结构的海水淡化蒸发器。
[0005]本专利技术的技术方案是：为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种具有向日葵仿生结构的三维海水淡化蒸发器及其制备技术。先制备光热蒸发器，在 聚酯纤维上附着具有光热响应的聚吡咯，得到一种廉价、可大面积制备、高稳定性、可洗涤、 可缝制的光热蒸发器。然后利用聚多巴胺修饰的碳纳米管与聚N
‑
异丙基丙烯酰胺
复合的水凝 胶(CNT@PDA/PNIPAM)作为阳光追踪器。最后在水凝胶中心复合二维吸水材料，上端复 合聚吡咯光热蒸发器，得到一种具有向日葵仿生结构的三维海水淡化蒸发器。具体步骤为：
[0007](1)将聚酯纤维先用有机溶剂超声清洗，再用去离子水反复洗涤，最后放入烘箱干燥。
[0008](2)将干燥后的聚酯纤维在六水合氯化铁(FeCl3·
6H2O)溶液中浸泡后取出，得到铁离 子修饰过的聚酯纤维。
[0009](3)将铁离子修饰过的聚酯纤维在吡咯溶液中浸泡后取出，用去离子水清洗三次以去除 不稳定的Fe
3+
/Fe
2+
的聚合物，清洗后并干燥得到具有良好吸水性的聚吡咯光热蒸发器(PMC)。
[0010](4)利用具有全角度向光性的水凝胶作为阳光追踪器，在水凝胶中心引入二维吸水材料 和聚吡咯光热蒸发器，得到目标产物。
[0011]进一步地，步骤(1)中，所用的有机溶剂为丙酮和乙醇，其目的在于去除油渍和脏污。
[0012]进一步地，步骤(2)中，FeCl3·
6H2O溶液的浓度为1
‑
4mol/L，浸泡时间为1h。
[0013]优选地，FeCl3·
6H2O溶液的最佳浓度为2mol/L。
[0014]进一步地，步骤(3)中，吡咯溶液的浓度为0.2mol/L，浸泡时间为1h。
[0015]进一步地，步骤(3)中，干燥温度为60℃，干燥时间为2h。
[0016]进一步地，步骤(4)中，所用水凝胶为CNT@PDA/PNIPAM，具体尺寸为直径4.5mm， 高5cm。
[0017]进一步地，步骤(4)中，将所用PMC制成直径2cm，高1cm，顶角为90
°
的圆锥。
[0018]进一步地，步骤(4)中，预留了5cm以上的二维吸水材料在水凝胶底部。
[0019]本专利技术提供了一种具有向日葵仿生结构的三维海水淡化蒸发器及其制备技术。首先制备 了一种具有高效光热转换特性、廉价、可大面积制备、高稳定性、可缝制和可洗涤的聚吡咯 改性纤维，作为光热蒸发器；利用具有全角度向光性的水凝胶作为阳光追踪器，在水凝胶中 心引入具有高效吸水性的二维材料，上端复合光热蒸发器，最终得到了一种具有向日葵仿生 结构的三维海水淡化蒸发器，并对其进行相关测试研究。
[0020]有益效果：
[0021](1)本专利技术提供了一种具有向日葵仿生结构的三维海水淡化蒸发器及其制备技术。
[0022](2)性能优异：光响应型水凝胶可以自动对准入射光，使蒸发器保持高蒸发速率，有效 提高了太阳光利用率。聚吡咯修饰的聚酯纤维具有高稳定性和可缝制性，可以制成三维蒸发 界面，有效提高了空间利用率。
[0023](3)与其他蒸发器相比，该蒸发器具有以下优点：
[0024]①
蒸发器可洗涤，可缝制，稳定性高；
[0025]②
三维界面蒸发器大大提高了空间利用率；
[0026]③
可全方位追光并自动对准，始终保持高效的太阳光利用率；
[0027]④
成本较低，实用性强，具有良好的工业化应用前景。
据。可以看到，当光照角度为90
°
时，CNT@PDA/PNIPAM
‑
PMC蒸发器和PNIPAM
‑
PMC蒸 发器的蒸发速率基本一致，分别为1.52kg
·
m
‑2·
h
‑1和1.40kg
·
m
‑2·
h
‑1，此时太阳能的利用率最 大，其水蒸发速率最快。CNT@PDA/PNIPAM
‑
PMC蒸发器的蒸发速率在斜入射光照角度(0
°
， 45
°
，135
°
和180
°
)和垂直入射光照角度(90
°
)时趋于一致，且其斜入射光照角度时的蒸发 速率均高于PNIPAM
‑
PMC蒸发器。
[0047]图4(a)和图4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有向日葵仿生结构的三维海水淡化蒸发器及其制备技术，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备聚吡咯改性纤维(PMC
‑
2M)，将聚酯纤维使用丙酮和乙醇超声清洗，以去除油渍和脏污，然后用去离子水反复洗涤后放入烘箱干燥。将清洗后的聚酯纤维在六水合氯化铁(FeCl3·
6H2O)溶液浸泡1h，得到铁离子修饰过的聚酯纤维；将铁离子修饰过的聚酯纤维浸泡在浓度为0.2mol/L的吡咯溶液中，1h后取出，并用去离子水清洗三次，以去除不稳定的Fe
3+
/Fe
2+
的聚合物，清洗完成后放置在60℃烘箱干燥2h得到具有良好吸水性的PMC
‑
2M。(2)利用具有向光性的水凝胶作为阳光追踪器，并将PMC
‑
2M制成锥状三维结构，在其顶点处复合二维吸水材料，最后将二维吸水材料从水凝胶中心处穿过，最终获得一种具有向日葵仿生结构的三维海水淡化蒸发器及其制备技术。2.根据权利要求1所述的一种具有向日葵仿生结构的三维海水淡化蒸发器及其制备技术，其特征在于，步骤(1)中，使用的FeC...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐少春，申煜椿，张荣，杨鹏，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：