【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海水淡化，更具体地，涉及一种太阳能界面蒸发器件及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着世界人口迅速增长，淡水资源的短缺已成为全球性挑战之一。根据联合国的统计，每年全球对淡水的需求增长约1％，预计到2050年将上升至20％～30％。地球表面虽然有四分之三的面积被水覆盖，但其中97.5％是人类无法直接饮用的咸水，需要将其转化成淡水后才能饮用。现有的淡水提取方法主要是反渗透膜法和热蒸馏法，但前者渗透膜的成本极高，后者需要利用化石能源，且这些化石能源还可能造成二次污染。
2、相较于反渗透膜法和热蒸馏法，太阳能驱动界面蒸发法以太阳能作为唯一能量输入，通过特殊材料和结构设计，将能量集中于气-液界面，实现局域光热转换和界面相变，使海水生成淡水，具有低碳、高效、清洁等优点。而太阳能驱动界面蒸发法中最关键的在于界面蒸发器件，通过界面蒸发器件使水快速输送至蒸发表/界面的同时，还能减少光/热损失。
3、然而，传统的界面蒸发器件的光吸收效率较低，导致水蒸发速率和效率较低。目前提升水蒸发速率和效率的策略主要有：(1)增加能量来源：引入聚光系统以增加光照强度、引入额外的热能、引入额外的电能；(2)增加蒸发表面积：分为光照蒸发表面积和暗蒸发表面积，如碳化蘑菇的策略提高了光照蒸发表面积；(3)减少热损失，即界面蒸发器件对环境及水体的热传导、热对流和热辐射。
4、例如，现有技术中公开了一种基于丝瓜络生物质的光热水蒸发器件，以丝瓜络为原料通过成型和碳化等步骤得到多孔结构生物质炭片，能有效吸收太阳光并转化为热能，提高
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有界面蒸发器件的水蒸发速率和效率较低的缺陷或不足，提供一种太阳能界面蒸发器件。
2、本专利技术的另一目的是提供一种太阳能界面蒸发器件的制备方法。
3、本专利技术的又一目的是提供一种太阳能界面蒸发器件在淡水收集、海水淡化与净化中的应用。
4、本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
5、本专利技术保护一种太阳能界面蒸发器件，包括基底和设置于基底上的光热转换结构，所述光热转换结构由呈圆周阵列分布的改性丝瓜络柱体组成，所述改性丝瓜络柱体包括碳化丝瓜络柱体和附着于碳化丝瓜络柱体上的pva/ppy复合材料。
6、本专利技术以多孔碳化丝瓜络柱体(不规则类圆柱形)为骨架与pva(聚乙烯醇)/ppy(聚吡咯)复合材料相结合，不仅可以强碳化丝瓜络的光谱吸收宽度与光吸收能力来提高碳化化丝瓜络的光热转化效率，还可以使得所转化的热量尽可能保存于改性丝瓜络柱体中来提高改性丝瓜络柱体的光热转化效率；同时利用碳化丝瓜络中的输导组织为水分传输提供多级、多尺寸的孔隙结构，从而提高改性丝瓜络柱体的水分传输效率。而且，将具有优异光热转化效率和水分传输效率的改性丝瓜络柱体以圆周阵列设置于基底上所形成的光热转换结构，可利用不同改性丝瓜络柱体之间的配合，显著提高太阳能界面蒸发器件的光热转化效率和蒸发效率。
7、还需要说明的是，太阳能界面蒸发器件的工作示意图如图1所示，圆周阵列是指多个改性丝瓜络柱体呈圆周分布(如图2所示)，且由中心向外的数量逐渐增加，圆周的圈数可以根据基底的大小进行调整。相较于线性阵列，圆周阵列更有利于充分发挥改性丝瓜络柱体的光热转化效率，进而提高太阳能界面蒸发器件的界面蒸发效率，还有利于实现太阳能界面蒸发器的大规模、大面积制备。
8、碳化丝瓜络柱体由丝瓜络切段、碳化处理得到，具体包括以下步骤：
9、步骤1、丝瓜络清洗：以形态完好且具有多孔结构的生物质丝瓜络为原材料，利用去离子水或0.5～1.0mol/l的氢氧化钠溶液洗涤以去除丝瓜络表面粉尘；利用超声波清洗机去除丝瓜络内部网状通道内杂质，超声频率为10～20khz，超声时间为5～10min。
10、步骤2、丝瓜络切割：将清洗后的丝瓜络用手持切割器切割成等高且上下直径基本相等的圆柱体结构，保证断面平整，高度一致(如图3所示)。
11、步骤3、丝瓜络纤维素和木质素脱离：将切割好的丝瓜络依次浸泡在一定浓度的氢氧化钠(naoh)溶液(1.0～3.0mol/l)、盐酸(hcl)溶液(1.0～3.0mol/l)中，进行纤维素和木质素脱离。由于溶液浓度和温度决定了脱离的速度，为了提高脱离效率，需要进行水浴保温处理，一般保持水浴温度为70～80℃即可。
12、步骤4、干燥处理：将脱离纤维素和木质素的丝瓜络放在恒温鼓风干燥箱中低温干燥，丝瓜络碳化后的形态尽量保持不变，为后续碳化做准备。可选地，干燥温度可以为50～60℃，干燥时间可以为8～12h。
13、步骤5、碳化处理：具体可以通过马弗炉对丝瓜络进行碳化处理。具体地，所述碳化丝瓜络柱体由丝瓜络在300～400℃条件下碳化处理1.5～2.5h得到。相较于高温碳化处理(500～800℃)，本专利技术在300～400℃下低温碳化更有利于保持丝瓜络的原有结构和一定的机械强度。
14、具体地，太阳能界面蒸发器件中的基底可以为pva水凝胶或聚苯乙烯(ps)泡沫基底，基底上光热转换结构中相邻改性丝瓜络柱体之间的最小距离为5～10mm；所述改性丝瓜络柱体的高度为10～30mm，直径为5～15mm。
15、研究发现，改性丝瓜络柱体彼此之间的间隔距离会影响水汽的蒸发(溢出)，当间隔距离为为5～10mm时，不仅能够保持较高的有效吸光面积，增大光的反射吸收，还有利于水汽溢出，进而提高太阳能界面蒸发器件的光热转化效率和蒸发效率。
16、具体地，所述pva/ppy复合材料由pva/ppy水凝胶冷冻干燥得到；可选地，pva/ppy水凝胶由以下制备方法制得：
17、将pva水溶液和ppy水溶液混合均匀得pva/ppy溶液，然后加入戊二醛/盐酸混合液混合均匀、静置，得pva/ppy水凝胶。
18、其中，上述制备方法中所述pva水溶液的质量分数为5％～20％，具体可以为5％、10％、15％或20％；pva水溶液中pva的分子量为13000～23000g/mol，该分子量的pva为中等分子量pva，其水溶性要优于大分子量的pva，较高的分子量和交联程度通常会导致较小的孔隙尺寸和较高的孔隙密度，会影响改性丝瓜络柱体的输水性。
19、所述ppy水溶液的质量分数为1％～20％，具体可以为5％、10％、15％或20％。所述pva水溶液与ppy水溶液的体积比为(5～20):1，可以采用超声混合，超声时间为3～10min。戊二醛/盐酸混合液是由质量分数为15％～30％的戊二醛溶液与浓度为1.0～3.0mol/l的hcl溶液按体积比例(2～5):1组成。pva/ppy溶液与戊二醛/盐酸混合液的体积比为(50～100):1。
20、本专利技术还保护一种上述太阳能界面蒸发器件的制备方法，包括以下步骤：
21、将碳化丝瓜络柱体浸泡于pva/ppy凝胶中，取出、冷冻干燥得改性丝瓜络本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种太阳能界面蒸发器件，其特征在于，包括基底和设置于基底上的光热转换结构，所述光热转换结构由呈圆周阵列分布的改性丝瓜络柱体组成，所述改性丝瓜络柱体包括碳化丝瓜络柱体和附着于碳化丝瓜络柱体上的PVA/ppy复合材料。
2.根据权利要求1所述太阳能界面蒸发器件，其特征在于，所述光热转换结构中相邻改性丝瓜络柱体之间的最小距离为5～10mm。
3.根据权利要求1所述太阳能界面蒸发器件，其特征在于，所述改性丝瓜络柱体的高度为10～30mm。
4.根据权利要求1所述太阳能界面蒸发器件，其特征在于，所述PVA/ppy复合材料由PVA/ppy水凝胶冷冻干燥得到。
5.根据权利要求4所述太阳能界面蒸发器件，其特征在于，所述PVA/ppy水凝胶由以下制备方法制得：将PVA水溶液和ppy水溶液混合均匀得PVA/ppy溶液，然后加入戊二醛/盐酸混合液混合均匀、静置，得PVA/ppy水凝胶。
6.根据权利要求5所述太阳能界面蒸发器件，其特征在于，所述PVA水溶液的质量分数为5％～20％，所述ppy水溶液的质量分数为1％～20％。
8.根据权利要求1所述太阳能界面蒸发器件，其特征在于，所述碳化丝瓜络柱体由丝瓜络在400～500℃条件下碳化处理1.5～2.5h得到。
9.一种权利要求1～8任一项所述太阳能界面蒸发器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.一种权利要求1～8任一项所述太阳能界面蒸发器件在海水淡化或净化中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种太阳能界面蒸发器件，其特征在于，包括基底和设置于基底上的光热转换结构，所述光热转换结构由呈圆周阵列分布的改性丝瓜络柱体组成，所述改性丝瓜络柱体包括碳化丝瓜络柱体和附着于碳化丝瓜络柱体上的pva/ppy复合材料。
2.根据权利要求1所述太阳能界面蒸发器件，其特征在于，所述光热转换结构中相邻改性丝瓜络柱体之间的最小距离为5～10mm。
3.根据权利要求1所述太阳能界面蒸发器件，其特征在于，所述改性丝瓜络柱体的高度为10～30mm。
4.根据权利要求1所述太阳能界面蒸发器件，其特征在于，所述pva/ppy复合材料由pva/ppy水凝胶冷冻干燥得到。
5.根据权利要求4所述太阳能界面蒸发器件，其特征在于，所述pva/ppy水凝胶由以下制备方法制得：将pva水溶液和pp...
【专利技术属性】
技术研发人员：饶龙石，刘洋，孙彬，汤均颂，钟桂生，张嘉阳，温明富，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：发明
国别省市：
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