[发明专利]一种植物仿生抗高浓盐太阳能蒸发器件及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种植物仿生抗高浓盐太阳能蒸发器件及其制备和应用；本发明首次以植物茎杆作为光热转换材料的植物仿生，将废弃植物茎杆再利用，变废为宝，有效改善焚烧植物茎杆带来的空气污染。本发明利用酒精灯碳化植物茎杆顶面，经过简单的氧化形成碳黑层，制得仿生顶部碳化植物假茎，其工艺流程简单、操作方便，光吸收性能良好，光热转化效率高。通过在植物茎秆上人工打孔后进行碳化，再穿入棉线引流，利用溶液的高度差以及浓度差产生的驱动力，通过棉线的毛细作用力可实现单向射流传输，保证供水充足的同时也能确保蒸发器表面盐浓度达不到饱和状态，从而突破传统植物仿生太阳能蒸发器长时间在高浓度盐水、废水环境下不稳定、易结盐的局限。

技术领域

本发明属于高浓盐水淡化处理技术领域，具体涉及一种植物仿生抗高浓盐太阳能蒸发器件及其制备方法和应用。

背景技术

但是资源缺乏已经成为不争的事实，尤其是工业技术现代化，仅有的淡水资源也遭到了很大程度的破坏。目前，人类可以直接利用的淡水取自地下水、湖泊淡水和河流水，随着环境的日益恶化，这些淡水资源也逐渐匮乏，尤其是在一些干旱地区和海岛地区。干旱地区是由于地表和浅层地下水过少而造成的缺水，而海岛和沿海地区储水量多为海水，淡水资源不足。因此，海水淡化必将是解决人类缺水问题的重要手段之一。

目前，光热驱动界面蒸发是一种新型的太阳能海水淡化技术，该技术具有更高的光热转换效率和更低廉的成本优势，且适用于小规模生活用水淡化和便携式取水装置，特别适用于孤岛或者野外科研考察等场景的淡水获取，因此成为海水淡化领域的研究热点。但是，目前太阳能蒸发器仍存在以下问题：

(1)常用的光热转换材料成本昂贵，如：铂镍合金、金纳米颗粒、银纳米颗粒等贵金属材料。

(2)制备工艺复杂，步骤繁琐，而且常需要专用设备，制备成本高，比如碳纳米管、MXenes、石墨烯等材料，从而大规模生产应用受到阻碍。

(3)大部分光热材料在蒸发过程中耐盐性较差，由于蒸发过程中光热材料的表面盐分达到过饱和浓度，导致盐结晶并堵塞水运输通道，致使供水受到影响，甚至影响光吸收以及水蒸气的逸出；导致光热材料不稳定，最终大幅度降低其海水淡化性能，甚至使器件失效。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种植物仿生抗高浓盐太阳能蒸发器件；

本发明的第二目的在于提供一种植物仿生抗高浓盐太阳能蒸发器件的制备方法；

本发明的第三目的在于提供植物仿生抗高浓盐太阳能蒸发器件在高浓度盐水及废水中的应用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种植物仿生抗高浓盐太阳能蒸发器件的制备方法，它包括以下步骤：

S1.前处理：选取植物的茎杆，沿纵向生长方向切割成大块体，再冷冻45～52h，冷冻后放入冷冻干燥机中冻干70～80h，得冻干的茎秆；

S2.茎杆设计：首先，将冻干的茎杆分割成小块体；其次，在靠近富含纤维素和木质素的内表皮及外表皮处分别打孔，形成人工小孔，接着碳化茎秆顶部形成1～2mm厚度的碳黑层；最后，通过棉线穿过人工小孔与两侧不同溶液高度和不同浓度的盐水桥连。

进一步地，步骤S1中所述的植物为香蕉树、芦苇、苎麻或亚麻中的任意一种。

一种植物仿生抗高浓盐太阳能蒸发器件的制备方法，它包括以下步骤：

S1.前处理：选取香蕉的茎杆，沿纵向生长方向切割成大块体，再冷冻45～52h，冷冻后放入冷冻干燥机中冻干70～80h，得冻干的香蕉茎秆；