[发明专利]基于界面蒸发的复合蒸发棒及其应用

说明书

本发明属于水处理和光热转换技术领域，具体涉及的是基于界面蒸发的复合蒸发棒及其应用。本发明提供了一种基于界面蒸发的复合蒸发棒，该蒸发棒包括光热转换层和供水层，且光热转换层包裹着供水层。底部供水式蒸发棒：将复合蒸发棒插入待处理水源中，通过聚苯乙烯泡沫中间的孔洞固定在水面上，底部浸没在给水中，在毛细作用下不断向光热转换层供水。顶部供水式蒸发棒：将待处理水源装入蒸发棒顶部的储水容器中，使其在毛细作用和重力作用下向光热转换层供水。本专利提出的复合蒸发棒蒸发通量远高于常规蒸发材料可实现的单位占地面积下的蒸发通量，具备高效蒸发、低成本、可持续的优点。

技术领域

本发明属于水处理和光热转换技术领域，具体涉及的是基于界面蒸发的复合蒸发棒及其应用。

背景技术

全球三分之二的人口每年至少有一个月面临严重的水资源短缺问题，难以获得清洁安全的水资源供应，而长期饮用不清洁的水源会造成癌症、结石、高血压、心脏病、脑血栓、氟中毒而造成的人体骨疏松和软化以及消化系统疾病。沿海地区往往采用海水淡化技术获取清洁用水，然而该方法需要消耗大量能量，成本较高且效率低下，因此，人们急需寻找到绿色高效、低成本、可持续的技术来获取清洁水。

界面蒸发是一种新兴的利用太阳光持续蒸馏水的方法，通过将一种具有多孔结构的蒸发体漂浮在水面上，在水-空气的交界处进行光热转换形成局部热区，同时蒸发体内部多孔结构通过毛细作用向顶部热区连续供水，从而引起蒸发。现有的光热材料包括等离激元金属、碳、有机多孔聚合物、天然生物质和/或水凝胶。

基于水凝胶和光热转化剂的界面蒸发技术，可实现在光照的情况下持续的将水蒸发到空气中。然而该技术存在不少于三点缺陷：(1)低通量：现有的基于水凝胶的界面蒸发装置，光热转换发生在空气-装置-液体的接触界面上，蒸发效率通常低于4.0kg m^-2h^-1；(2)高成本：现有的依赖于聚吡咯、纳米Ti₂O₃等光热转换剂的界面蒸发技术，成本高昂；(3)传统界面蒸发技术是将太阳光转化成热量，从而实现水的蒸发，即在没有光照的条件下，无法获得清洁水。

为了解决现有界面蒸发技术面临的低通量、高成本的问题，本发明提供了一种基于界面蒸发的复合蒸发棒。与常规的平面式界面蒸发装置相比，复合蒸发棒可以在极小占地面积上布置极大的蒸发面积，有效地提升单位土地面积上的蒸发通量，具备高效蒸发、低成本、绿色可持续的优点。本发明在沿海地区、偏远无稳定水源地区、高硬度水源地区、高氟水源地区、野外等地区具有极大的使用价值。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种基于界面蒸发的复合蒸发棒，该复合蒸发棒成本低廉，能耗极少，可以实现不清洁水源的高效蒸发。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于界面蒸发原理的复合蒸发棒，所述复合蒸发棒包括内部的供水层和外部的光热转换层；所述光热转换层包裹着所述供水层；

所述光热转换层可吸收空气中的热量形成局部热区，达到蒸发水源的目的；

所述供水层具备吸收水，并向所述复合水凝胶供水的功能。

进一步，所述光热转换层为石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、石墨、炭黑中的任一种与聚丙烯酰胺、海藻酸、壳聚糖和/或纤维素中的任一种复合得到。

进一步，所述供水层为海绵、棉质物质、发泡塑料中的任一种。

进一步，所述光热转换层为碳纳米管复合聚丙烯酰胺，所述供水层为棉质物质。

进一步，所述碳纳米管复合聚丙烯酰胺包括碳纳米管、去离子水、丙烯酰胺单体、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂和/或促交联剂。

进一步，所述复合蒸发棒的处理对象为不清洁的水源。

进一步，所述复合材料纵向方向与横截面方向的尺度比例为5-2000。