[发明专利]一种基于等离子体增强效应的界面太阳能蒸汽发生器

说明书

本发明公开了一种基于等离子体增强效应的界面太阳能蒸汽发生器，其特征在于包括：上层的多孔等离子体吸收体和下层的芳纶纳米纤维气凝胶作为骨架；所述多孔等离子体吸收体为金纳米颗粒与芳纶纳米纤维气凝胶组装成的三维多孔膜。本发明形成的多孔等离子体吸收体可以对400‑2000nm波长范围内的光具有超高的吸收效果。由于金纳米颗粒的局域表面等离子体共振效果，吸收光后会产生高温，芳纶纳米纤维本身热导率较低，同时纳米纤维框架中间存在的孔洞可以作为良好的绝热体将吸收的能量集中在金属纳米颗粒层，因而可以实现快速升温，高热局域保温的效果，从而提高界面处水的蒸发效率。

技术领域

本发明属于蒸汽发生器技术领域，特别涉及一种基于等离子体增强效应的界面太阳能蒸汽发生器。

背景技术

水安全是实现全球可持续发展目标的首要问题之一。水和能源是关系到生活、经济发展和社会进步的基本要素。目前，气候变化以及快速城市化政策带来的人口快速增长，加剧了水资源的压力，在未来几十年中，地球支持人类的能力，特别是在清洁水和能源供应这些与生活密不可分的方面，将严重紧张。以加剧能源问题为代价来解决水资源短缺问题的现有技术，或者更糟糕的是，以牺牲环境为代价来改善水资源获取的方式，不是长期的解决方案。因此，国家及企业在生产清洁水的绿色技术研究方面投入了大量的精力。海水占地球总水量的96.53％，原则上是取之不尽用之不竭的资源。然而，通过蒸馏[或反渗透工厂等淡化海水生产淡水的方式会消耗大量能源，投资成本极高，作为能源-水关系的一部分，这不可避免的将清洁水的获取与能源结合起来，不适合大面积的推广。热力学对水与盐离子的分离施加了能量限制，但如果这些过程的能量可以从低碳和丰富的来源中获取，则可以减轻整个能源系统的负担。

太阳能驱动的水蒸发利用阳光作为可再生能源，是一种很有前途的方法，可以为清洁水的短缺提供解决方案，同时对环境的影响最小。然而，对淡化水整体进行加热的传统方式，如块体式底部加热的方式和整体升温的加热方式图，导致太阳能吸收差和热量损失降低了光热转换效率，阻碍了其实际应用。由于对环境可持续性和节能的日益关注，纳米结构太阳能吸收材料的最新发展已将注意力极大的转移到太阳能驱动的水蒸发的基本技术上。通过将纳米材料作为高效太阳能吸收器，利用界面加热概念，以及对蒸发系统的合理设计，蒸发效率已大大提高。这种在水表面具有太阳能吸收材料的界面加热系统将热量限制在水-空气界面，从而抑制了大量水的热量损失，同时最大限度的减少了光热材料的使用量，并提供了额外的方法来动态调整器件的蒸发性能(如蒸气的通量和温度)。具有宽波长的太阳能吸收和高转换效率的光热材料最近引起了人们的极大兴趣。它们正在成为太阳能驱动汽化清洁水生产领域快速增长的研究重点。由于这些优势，太阳能驱动的界面蒸发有可能扩大太阳能热技术在紧凑、独立和便携式系统中的利用。通过材料和系统设计并行发展的热管理策略进一步提高了太阳能蒸发的整体效率。总的来说，这种绿色太阳能驱动的水汽化技术作为解决水资源短缺的可持续解决方案重新受到关注。

为了提高水蒸发系统效率，新型光热水蒸气系统在设计及制备时要注意以下几个方面的内容：(1)调整太阳能吸收器的光吸收效率及工作波长范围。光热蒸发的首要问题是材料的太阳能收集能力。为了实现高太阳能吸收率，吸收材料的定制设计对于提高其光吸收的强度和范围至关重要。(2)加强太阳能吸收系统的热管理。太阳能吸收系统的热管理，无论是微观层面还是宏观层面都会对热能的有效利用产生重大影响。微观管理是指调整太阳能吸收材料的热性能，宏观热管理主要是指对蒸发系统整体的保温，尽可能较少热损失。