[发明专利]用于海水淡化的三维阵列式太阳能界面蒸发器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于海水淡化的三维阵列式太阳能界面蒸发器，包括隔热支撑板，隔热支撑板的上表面向上垂直延伸设置有若干用于持续蒸发海水的具有多孔隙或多间隙结构的大比表面积的柱形立体蒸发部件，该柱形立体蒸发部件向下穿过隔热支撑板的下表面向海水表面以下延伸形成一用于向柱形立体蒸发部件传输海水的导水端，在相邻柱形立体蒸发部件之间彼此形成若干用于将蒸汽快速扩散的导流通道，柱形立体蒸发部件进行亲水改性及光热转换层沉积改性处理，以及该蒸发器的制备方法。本发明易制备、高效率、耐盐，可大规模产业化应用，为解决水资源短缺问题提供了有效方法，在海水淡化和污水处理领域有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，尤其涉及一种用于海水淡化的三维阵列式太阳能界面蒸发器及其制备方法。

背景技术

随着经济的发展和人口的增加，淡水资源短缺严重影响了人类健康、工业生产及整个生态系统的稳定。幸运地，地球表面积的70％被海水覆盖，通过采用电渗析、多效蒸馏和反渗透等方法可从中获取纯净饮用水。然而，上述技术存在能耗高或污染环境等缺点。近年来，太阳能驱动的界面水蒸发技术引起了学术界和工业界的广泛关注，其可以实现生态友好、低成本、安全、不依赖电力的海水淡化，并被认为是生产纯水的绝佳选择，成为缓解迫在眉睫的淡水短缺危机最有前途的方法之一。为了解决上述问题，基于光热蒸发技术的太阳能界面蒸发器问世。考虑到蒸发水总量与蒸发速率正相关，追求高的水蒸发速率已成为太阳能界面蒸发的研究热点。为了提高蒸发速率和效率，人们一直致力于合成高效的光热转换材料、优化蒸发器的功能结构。目前报道了可应用于界面蒸发的多种光热材料，但光热材料的优化只能有限的提高蒸发速率，使其接近二维(2D)平面蒸发器的理论蒸发极限(1.47kg·m-2·h-1)。其主要技术如下：

CN113307321 A公开了一种太阳能界面蒸发器及其应用，本发明以微藻提油残渣为原材料，经过清洗、干燥、碳化、活化扩孔等过程，开发了一种对环境友好，低碳的光热转换材料，同时开发了优化输水性能设计的隔热基底，二者结合成太阳能界面蒸发器，并将其用于太阳能海水淡化领域，所制得的界面蒸发器有着合适的水通道和优异的光热性能，具有良好的太阳能水蒸发性能。

CN111302423 A公开了一种基于界面太阳能光热转换的太阳能净水器，包括太阳能界面蒸发器和蒸馏水收集器，所述太阳能界面蒸发器包括敞口的储水盘以及具有高效光热转换效率的吸光体；所述吸光体为双层结构，由上层光热转换材料和下层隔热材料复合构成，在上层和下层材料之间设置有无尘布；在使用时需要保证无尘布可以持续接触储水盘内液面，以确保有足够的水输运到吸光体表面以保证连续蒸发。

CN111282443A公开了一种用于太阳能界面蒸发海水淡化的膜材料及其制备方法。所述方法先采用静电纺丝技术制备PAA纳米纤维膜，再加温加压对其进行亚胺化得到PI纳米纤维膜，最后激光烧蚀技术对PI膜表面进行烧蚀，使其表面形成多孔蓬松的石墨烯纤维。本发明制备的PI-LIG多孔蒸发膜作为太阳能界面蒸发海水淡化的膜材料应用时，光吸收率可达98％，具有高效的蒸发速率和光热转化性能，且耐久性好，在一个太阳光下其蒸发速率高达1.595kg·m-2·h-1，同时它的光热转换效率达到了92.55％，适用于海水淡化处理。