【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于太陽能應用的，尤其涉及一種具有雙層多級孔結構的太陽能界面水蒸發器及其構筑方法。
技術介紹
1、淡水是地球上不可或缺的資源，對于維持生態平衡、推動經濟發展以及促進社會進步至關重要。然而，全球范圍內日益嚴峻的干旱和荒漠化問題使淡水短缺愈發嚴重，因此解決淡水緊缺問題迫在眉睫。海水淡化技術被廣泛認為是一種具有潛力的解決方案。傳統的海水淡化技術包括多級閃蒸法、多效蒸餾法、電滲析法以及反滲透法，然而，這些技術仍存在某些問題，如能源消耗大、操作復雜以及設備成本高昂等。近年來，利用光熱材料制備的界面水蒸發器基于其特殊的多孔結構以及可高效利用太陽能優勢，使其具有節能性和低成本等諸多優點，已被認為是緩解清潔水資源短缺的最有潛力技術之一。然而，盡管太陽能驅動的界面水蒸發技術具有諸多優勢，但也存在一些挑戰，如在不同環境條件下的穩定性，特別是在惡劣環境下如高鹽度水域或極端氣候條件下的性能表現。此外，界面蒸發器的制造和維護成本也是一個值得關注的問題，尤其是對于大規模應用而言。因此，盡管這項技術有著巨大的潛力，但在實際應用中仍需進一步的研究和技術改進，以克服現有的限制并實現其在解決淡水短缺問題中的最大效益。
2、基于此，本專利技術提出了一種具有雙層多級孔結構的高效太陽能界面水蒸發器制備新方法，制備獲得的蒸發器具有高耐鹽性、優異蒸發性能、良好除鹽自清潔能力等。本專利技術以具有良好親水性的聚丙烯腈(pan)和具有優異力學性能的熱塑性聚氨酯(tpu)作為太陽能蒸發器的三維骨架，以cnts為光熱轉換材料，聯合采用鹽模板法/取向冷凍技術制備了
3、三維多孔復合泡沫用于海水淡化領域已經受到學界的廣泛關注和研究。目前，大多數太陽能蒸發器都存在蒸發速率慢、耐鹽性能差等問題從而導致重復利用率較低。因此如何制備具有耐鹽性以及可重復利用的太陽能蒸發器仍是目前具有挑戰性的問題。
4、2022年，zhang等人設計了一種可擴展的雙層細菌纖維素(bc)生物泡沫蒸發器，其中以cus/bc復合材料作為光熱轉換層，再生的bc生物泡沫作為輸水和保溫層，其蒸發速率高達1.44kg?m-2h-1，蒸發效率達到83.5％。此外，雙層bc生物泡沫具有自浮性，可長期穩定漂浮6周以上，具有優異的自清潔能力，可在120分鐘內將2g的鹽在4.8cm2的圓內清潔干凈。
5、2021年，huang等人用炭黑沉積在超親水性聚苯乙烯/木質纖維素(ps/lf)骨架上，制備了一種抗鹽太陽能蒸發器。該蒸發器具有優化的多孔結構，可在高濃度鹽水環境(15％nacl)下實現連續脫鹽，在1.5kw?m-2太陽輻照下，蒸發速率穩定在1.90kg?m-2h-1，蒸發效率高達85.5％。該蒸發器具有較高孔隙率和較小的孔通道彎曲度，使其具有良好的耐鹽性能。
6、2023年，wang等人設計了一種新型的仿生太陽能蒸發系統，具有不同潤濕性的微通道和宏觀通道，其靈感來自于楊樹的功能，通過毛細管力將咸水通過微通道輸送到蒸發器表面，蒸發后的剩余水分在鹽結晶前通過大通道回流到水中，從而使蒸發系統具有優異的除鹽性能。對于高濃度鹽水，仿生蒸發器的蒸發速率可達1.123kg?m-2h-1。此外，蒸發系統的長期脫鹽性能得到了很好的實現，金屬離子的凈化率高達99.9％。通過優化微通道和大通道的設計，實現了高蒸發速率的飽和鹽水淡化，證明了仿生蒸發系統在極高濃度鹽水淡化中的有效性和穩定性。
7、2022年，zhou等人報告了一種可充電的ppc-pam水凝膠，在pam中加入預交聯的pva、戊二醛(ga)和聚多巴胺(pda)形成骨架，大大改善了水凝膠的機械性能。在冷凍干燥過程中，聚合后的水凝膠中存在大量相互連接的孔洞，這確保了水的可持續供應和太陽能蒸汽發電的強光吸收。即使存放150天，ppc-pam水凝膠在水中膨脹后仍能恢復原狀。在一個太陽光強度照射下，ppc-pam的蒸發速率在152小時內穩定在3.03kg?m-2h-1。但其耐鹽性能較差。
8、2022年，guo等人提出了一種垂直多孔的二硫化鉬/鋰蒙脫石雙層氣凝膠結構，用于高效的太陽能水蒸發，其頂部二硫化鉬層作為高效的太陽能吸收體，具有優異的光吸收和光熱轉換性能，其底層垂直的輸水路徑和天然的強親水性保證了蒸發層的穩定供水，防止了蒸發界面鹽的積累。結果表明，所構建的超親水性二硫化鉬/鋰蒙脫石雙層氣凝膠具有優異的自驅動除鹽性能，在模擬鹽結晶的極端條件下可在30min內實現自清潔。此外，在光強為1kw?m-2的條件下，氣凝膠的蒸發速率為1.32kg?m-2h-1，蒸發效率為85.99％。二硫化鉬/鋰蒙脫石雙層氣凝膠具有成本低、制備簡單、強度高、耐鹽性好等優點。
9、從國內外研究現狀可以看出，三維多孔復合泡沫作為太陽能蒸發器已經被廣泛關注，其在污水處理以及海水淡化中具有廣闊的應用前景。但是，目前所制備獲得的太陽能界面蒸發器仍存在一些問題，如制備出同時具有微通道和宏觀通道的蒸發器雖然改善了其耐鹽性能，但制備過程復雜。有些蒸發器通過結構和材料的優化設計，使其具有出色的耐鹽性能，但有時卻犧牲了蒸發效率。因此制備同時具有良好的水蒸發性能和良好耐鹽性能的太陽能蒸發器仍然是一個挑戰。
技術實現思路
1、針對太陽能蒸發器耐鹽性能和蒸發效率難以兼顧的技術問題，本專利技術提出一種具有雙層多級孔結構的太陽能界面水蒸發器及其構筑方法，所制備太陽能蒸發器在不同濃度的nacl溶液中均表現出高效穩定的蒸發性能，高耐鹽性和良好自清潔能力等，該雙層多級孔復合泡沫在污水處理以及海水淡化中具有廣闊的應用前景。該制備方法具有工藝簡單﹑操作方便、孔隙和泡孔形態結構可控、可成型復雜形狀蒸發器等優點。
2、為了達到上述目的，本專利技術的技術方案是這樣實現的：
3、一種具有雙層多級孔結構的太陽能界面水蒸發器的構筑方法，其特征在于，
4、(1)將光熱材料、高分子聚合物分散溶解在有機溶劑中配制混合溶液；
5、(2)將混合溶液導入模具中并加入致孔劑混合均勻形成第一層結構；
6、(3)再次向模具中倒入混合溶液，在第一層結構的上方形成第二層結構；
7、(4)將模具底部浸入冷本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種具有雙層多級孔結構的太陽能界面水蒸發器的構筑方法，其特征在于，
2.根據權利要求1所述的具有雙層多級孔結構的太陽能界面水蒸發器的構筑方法，其特征在于，所述光熱材料為石墨烯、碳黑、碳納米管、氧化鈦、氧化鋅、二維過渡金屬碳化物和氮化物中任意一種或兩種以上，光熱材料的添加量為高分子聚合物的9-21wt％。
3.根據權利要求1所述的具有雙層多級孔結構的太陽能界面水蒸發器的構筑方法，其特征在于，所述高分子聚合物包括兩種高分子聚合物，其中一種為聚丙烯腈、聚吡咯或聚苯胺中任意一種，另一種為聚氨酯，兩者的質量比為(1：1)-(1：5)，高分子聚合物與有機溶劑的質量體積比為0.06-0.12g/mL。
4.根據權利要求1所述的具有雙層多級孔結構的太陽能界面水蒸發器的構筑方法，其特征在于，所述有機溶劑為N,N-二甲基乙酰胺。
5.根據權利要求1所述的具有雙層多級孔結構的太陽能界面水蒸發器的構筑方法，其特征在于，所述致孔劑為NaCl顆粒、糖顆粒和石蠟中任意一種或兩種以上，與第一層結構中混合溶液的質量體積比為0.3-0.5g/mL。
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7.根據權利要求1所述的具有雙層多級孔結構的太陽能界面水蒸發器的構筑方法，其特征在于，所述取向預冷凍所使用冷凍液為液氮，預冷凍時間為5-10min。
8.根據權利要求1所述的具有雙層多級孔結構的太陽能界面水蒸發器的構筑方法，其特征在于，所述冷凍干燥的方法為將模具浸入到低溫乙醇浴中，低溫乙醇浴的溫度為0至-120℃，時間為48-72h。
9.根據權利要求1所述的具有雙層多級孔結構的太陽能界面水蒸發器的構筑方法，其特征在于，所述步驟(5)中去除致孔劑的方法為：將太陽能水蒸發器前驅體浸泡在能夠溶解致孔劑的溶液中；所述溶液為水、乙醇或甲苯中任意一種。
10.權利要求1-9任一項所述方法制備的具有雙層多級孔結構的太陽能界面水蒸發器。
...【技術特征摘要】
1.一種具有雙層多級孔結構的太陽能界面水蒸發器的構筑方法，其特征在于，
2.根據權利要求1所述的具有雙層多級孔結構的太陽能界面水蒸發器的構筑方法，其特征在于，所述光熱材料為石墨烯、碳黑、碳納米管、氧化鈦、氧化鋅、二維過渡金屬碳化物和氮化物中任意一種或兩種以上，光熱材料的添加量為高分子聚合物的9-21wt％。
3.根據權利要求1所述的具有雙層多級孔結構的太陽能界面水蒸發器的構筑方法，其特征在于，所述高分子聚合物包括兩種高分子聚合物，其中一種為聚丙烯腈、聚吡咯或聚苯胺中任意一種，另一種為聚氨酯，兩者的質量比為(1：1)-(1：5)，高分子聚合物與有機溶劑的質量體積比為0.06-0.12g/ml。
4.根據權利要求1所述的具有雙層多級孔結構的太陽能界面水蒸發器的構筑方法，其特征在于，所述有機溶劑為n,n-二甲基乙酰胺。
5.根據權利要求1所述的具有雙層多級孔結構的太陽能界面水蒸發器的構筑方法，其特征在于，所述致孔劑為nacl顆粒、糖顆粒和石蠟中任意一種或兩種以上，與第一層...
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