[发明专利]一种太阳能蒸发器及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种太阳能蒸发器及其制备方法和应用，所述太阳能蒸发器由水凝胶基质以及沉积在水凝胶基质底部的光热材料组成；所述光热材料包括硒化锡纳米片、金纳米颗粒或MoS₂中的任意一种。本发明的太阳能蒸发器的蒸发率约为2.20kg·m^‑2·h^‑1，能量转换效率约为91.7％。此外，本发明的太阳能蒸发器的长期太阳能海水蒸发测试显示了其具有超高离子截除率的可持续脱盐的实际潜力，且不会对环境和蒸发的淡水造成任何污染。

技术领域

本发明属于光热材料技术领域，涉及一种太阳能蒸发器及其制备方法和应用。

背景技术

随着人口的不断增加，工业化和经济的不断发展，人类对淡水的需求越来越大。近年来，由于全球变暖，沿海地区频繁发生极端干旱天气，导致淡水资源短缺。地球淡水资源是有限的，地球上96.5％的水资源是海水，部分淡水资源在工业生产中受到污染。因此，缓解淡水短缺最有效的方法就是通过海水淡化和污水净化来获取淡水。传统的净水技术存在很大的局限性，设备规模大，结构复杂，成本高，能耗大。众所周知，地球上的主要能源是太阳能。直接利用太阳能进行海水淡化和污水处理，可以减少化石能源和电能的消耗，是非常低碳和环保的。总之，开发先进的太阳能净水技术对气候变化、经济发展、水安全等方面都具有重要意义。

太阳能驱动净水的核心单元是蒸发器，利用高效的输水性能和较大的光热效应，可实现高蒸发率。近些年出现的界面式太阳能蒸发器，可以利用漂浮在水面的光吸收膜在海水-空气界面吸收太阳能，从而大大提高了太阳能到水蒸发的能量转换效率。但是，界面式太阳能蒸发器的光热性能与材料本身的光吸收能力密切相关，且有些材料本身也存在盐沉积堵塞、重复利用性差、易造成环境污染等问题，这些因素都限制了界面式蒸发器的发展。

CN111170393A公开了一种具有中空结构的太阳能蒸发器及其制备方法和应用。该发明提供的太阳能蒸发器的内部为中空结构，外部为具有两层结构的壳层，两层结构分别为多孔高分子骨架内层和光热材料形成的外层。该发明所得太阳能蒸发器在模拟太阳光(一个太阳光强：1KW·m^-2)的照射下，蒸发速率最高值可以达到1.476kg·m^-2·h^-1，蒸发效率最高值可以达到92.9％，但其蒸发速率还有待进一步提高。

因此，在本领域中，开发一种具有出色的光热转换能力、强耐盐性、可重复利用且环境友好的太阳能蒸发器，仍然是一个很大的挑战。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种太阳能蒸发器及其制备方法和应用。在本发明中，水凝胶包裹光热材料，形成一层薄薄的多孔结构复杂层，与水凝胶基质无缝连接。在一次太阳照射下，本发明的太阳能蒸发器的蒸发率约为2.20kg·m^-2·h^-1，能量转换效率约为91.7％。此外，本发明的太阳能蒸发器的长期太阳能海水蒸发测试显示了其具有超高离子截除率的可持续脱盐的实际潜力，且不会对环境和蒸发的淡水造成任何污染，是一种新的有效解决当前海水淡化问题的策略。此外，硒化锡纳米片(SnSe NSs)作为一种具有优异性能的吸光添加剂候选材料，这是首次应用在太阳能蒸发器上。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种太阳能蒸发器，所述太阳能蒸发器由水凝胶基质以及沉积在水凝胶基质底部的光热材料组成；

所述光热材料包括硒化锡纳米片、金纳米颗粒、MoS₂中的任意一种。

在本发明中，太阳能蒸发器由水凝胶基质以及沉积在水凝胶基质底部的光热材料组成，水凝胶具有多孔结构、高度可调的柔韧性、弹性和自愈能力、对水蒸气和水分子无阻隔性以及独特的膨胀性能，其主要起到快速传水和机械支撑的作用，光热材料起到吸收太能光、蒸发的作用。

优选地，所述光热材料为硒化锡纳米片。