[发明专利]一种三维球壳状海水光热蒸发器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种三维球壳状海水光热蒸发器，包括漂浮层、高反射薄膜层、输水通道和三维球壳状光热蒸发结构。漂浮层为多孔泡沫层，其上表面涂镀有高反射薄膜，其中心设置有通孔，内嵌吸水棉棒作为输水通道，吸水棉棒下端伸入海水水体接触，由下部水体向光热蒸发结构供水。三维球壳状光热蒸发结构与吸水棉棒上端相连，其由吸水棉芯球壳状支撑骨架支撑，外包覆一层棉质网纱状结构，并在其上制备亲水性纸基层，并在纸基上均匀蒸镀沉积金或银纳米颗粒光吸收材料层。从而大大增加了光热蒸发面积，保证了光热蒸发水的快速充足供应，实现高效太阳能光热蒸发及海水淡化。且制备过程简单，成本低，易于推广。本发明还提供了上述海水光热蒸发器的制备方法。

技术领域

本发明涉及太阳能海水淡化领域，尤其涉及一种三维球壳状海水光热蒸发器及其制备方法。

背景技术

海水淡化是解决我国沿海和临海地区水资源供需矛盾、优化水资源结构和保障供水安全的重要战略选择。太阳能海水淡化热法技术主要利用太阳能的光热资源，加热海水发生相变蒸发后，通过冷凝收集得到淡水。基于太阳能光热蒸发的海水淡化技术，由于绿色无污染、能源利用持续度高的优点，已被广泛的应用于海水淡化领域中，成为净化水、解决水资源短缺的新兴途径，尤其为偏远地区、海岛等小范围的家庭用水提供了可行性的解决方法。

传统的太阳能光热蒸发结构，一般是在水池的底部铺设一层黑色物质，太阳光照射进水池，黑色物质吸收太阳能并转化为热能，使海水蒸发产生蒸汽。这种结构简单稳定，但需对整个水体加热，且黑色吸收材料种类单一，光吸收率不高，因而光热转换效率很低，难以满足实际的需求。

近年来，研究人员集中于探索各种光功能材料，以期获得高效光热转换效率。且目前已形成了以等离激元材料、碳材料和半导体掺杂材料为主的光热转换材料体系，材料光吸收率已接近理想水平。而以上述光热材料制备的界面蒸发结构形式则较为单一，以二维平面式光热结构为主，其厚度很薄，通常直接悬浮或漂浮在水体表面进行光热转换，该光热结构通过加热附近的薄层水产生蒸汽，避免了对大水体进行加热，一定程度上提高了光热蒸发效率。然而在上述过程中，漂浮于界面的薄膜结构由于厚度较薄，故向下部水体热量散失大，造成严重的热损耗；此外，这种二维平面结构有效蒸发面积较少，且平面式结构对太阳光入射角度要求高，易造成光反射和散射损失，故而光吸收效率和光热转换效率仍然很低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种三维球壳状海水光热蒸发器，大大增加有效光热蒸发面积，降低光热吸收结构对光照射角度的要求；且利用亲水性纸基层作为光热吸收层基底材料，大大提高海水在三维球壳结构仲的输运速率，从而显著提高光热蒸发性能和海水淡化效率。

本发明的另一目的在于提供上述三维球壳状海水光热蒸发器的制备方法。

为达到上述发明目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种三维球壳状海水光热蒸发器，包括：漂浮层、高反射薄膜层、输水通道和三维球壳状光热蒸发结构；

所述漂浮层固定或漂浮于海水水体上方，所述高反射薄膜层涂镀在漂浮层上表面；所述漂浮层中心开一通孔，通孔内嵌一条吸水棉棒作为输水通道；所述吸水棉棒下端伸入海水水体中，上端与三维球壳状光热蒸发结构相连；所述三维球壳状光热蒸发结构与所述漂浮层有一定高度差、不直接接触；

所述三维球壳状光热蒸发结构的横截面材料从外到内依次包括：光吸收材料层、亲水性纸基层和网纱材料层。

在一较佳实施例中：所述漂浮层的侧壁为圆柱形的侧壁，其直径为40-60mm，厚度为20-30mm；并且漂浮层的上表面为圆锥形凹陷形状，凹陷角度为30-45°；所述圆锥形凹陷形状的中心设有所述通孔，通孔的直径为3-6mm。

在一较佳实施例中：所述漂浮层材料为聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、硅基多孔材料中的一种。

在一较佳实施例中：所述高反射薄膜层材料为金属铝、银中的一种。