[发明专利]一种高效光热蒸馏器

说明书

本发明涉及一种高效光热蒸馏器，包括从下到上依次设置的淡水收集器、散热器和用于封闭淡水收集器顶部的顶盖，所述淡水收集器内设有水处理腔，水处理腔的顶部设有光热交换器，水处理腔内填充有多孔隔热柱；所述散热器与光热交换器对应位置设有透光玻璃；所述顶盖设有与透光玻璃相对应的透光孔；所述光热交换器为铜硫化合物纳米线阵列。本发明采用了简单的室温浸泡工艺制备铜硫化合物纳米线阵列，操作简便，可以极大降低生产成本。得到的光热交换器对太阳光在全谱范围内具有良好的吸收，具有优异的光热转化效应。以其为部件的光热蒸馏器具有更高的工作效率和更好的淡水收集率。

技术领域

本发明涉及太阳能开发与转化的技术领域，尤其是涉及一种利用太阳能产热进行热蒸发并集水的技术领域。

背景技术

淡水与人类生存所需的水、食物、社会生产、交通、休闲娱乐、商业等各个方面息息相关。随着对淡水需求量的不断增长，在许多干旱和半干旱地区，淡水成为限制经济发展的重要限制因素，部门之间、地区之间和国家之间争夺淡水资源的情况越来越突出。鉴于此，已有较多的科研工作者投身于利用清洁能源太阳能进行光热蒸馏器的设计与研发工作。

关于光热蒸馏器中的光热转化纳米材料的设计研发已有较多的研究，主要涉及了贵金属材料、碳家族材料。贵金属纳米材料具有表面等离子共振效应，能够与太阳光谱中的光子发生共振产生热量；碳家族材料中的石墨烯、碳纳米管等具有大面积的离域电子也能与光子发生共振产生热量。贵金属在地壳中的储量不丰且价格昂贵，石墨烯、碳纳米管的制备过程又较为繁琐。因此，具有高载流子浓度的半导体材料如TiO_2-x,Cu_2-xS,WO_3-x等目前已广泛应用于光热转化领域，如中国专利公开号CN201710243896.X公开了一种介孔二氧化硅纳米材料的制备方法，采用十六烷基三甲基氯化铵为模板，四乙氧基硅烷为硅源，三巯基丙基三甲氧基硅烷为巯基修饰剂，在60℃搅拌反应形成介孔硅球。随后将所得样品分散在水中，在碱性条件下加入铜离子盐水溶液，继续搅拌后吸附上铜离子，然后在酸性条件下加入硫化钠或硫代硫酸钠水溶液，搅拌得到硫化铜修饰的介孔二氧化硅复合纳米材料。但是这类材料的制备过程往往十分繁琐。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的光热转化纳米材料制备复杂的问题，提供一种高效光热蒸馏器，通过简单浸泡处理制备具有高效光热转化能力的纳米铜硫化合物，同时通过其在光热蒸馏器中的应用实现高效集水。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高效光热蒸馏器，包括从下到上依次设置的淡水收集器、散热器和用于封闭淡水收集器顶部的顶盖，所述淡水收集器内设有水处理腔，水处理腔的顶部设有光热交换器，水处理腔内填充有多孔隔热柱；所述散热器与光热交换器对应位置设有透光玻璃；所述顶盖设有与透光玻璃相对应的透光孔；所述光热交换器为铜硫化合物纳米线阵列。

在工作过程中，向淡水收集器内层多孔隔热柱内加入待净化的水，随后依次安装好装置，将光热蒸馏器置于太阳光下，光线透过透光玻璃照射到光热交换器上，形成足够的热量对待净化的水进行加热，生成的水蒸气透过多孔隔热柱和光热交换器上升到顶部在散热器上冷凝成小水滴后滴落到淡水净化器外层，即可完成对水的蒸馏净化，在淡水净化器外层得到蒸馏水。铜硫化合物纳米线阵列具有无定形结构，纳米线阵列形成的空隙能够使入射太阳光在孔隙内形成多级散射从而增加太阳光的利用效率，将其应用在光热蒸馏器中，可以提高太阳能利用效率，增加光热蒸馏器工作效率。多孔隔热柱可以起到对待净化的水进行简单过滤的作用，同时隔绝热量，确保光热转化器得到的热量集中于待净化的水的蒸发过程中。

作为优选，所述铜硫化合物纳米线阵列的制备方法为：将铜网置于氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液中浸泡，取出，将所得样品洗净；然后将样品置于硫化钠溶液中浸泡，将反应后的样品洗净、烘干，得到铜硫化合物纳米线阵列。