本技术涉及一种新型生物质光热界面蒸发材料,该材料利用纳米TiO2-CNT光催化隔热层,有效提升太阳能驱动的界面蒸发效率。同时,该材料的制备方法简便,可广泛应用于光热海水淡化和污水处理领域。
背景技术
由于淡水资源的匮乏,海水淡化已变成淡水补充的关键来源,众多和海水淡化相关的技术已被研发出来。在这些发展较好的技术里,太阳能驱动海水淡化技术由于其结构相对简易、成本较低、脱盐效率较高而受到众多学者的重视。在典型的太阳能驱动海水淡化流程中,水借助蒸发器孔的毛细作用被注入太阳能蒸发器。
与此同时,太阳能被界面捕获,通过光吸收器转变为热能,充当能量源进行液气状态的转换。最终,通过冷凝步骤获取淡水。蒸发器在海水淡化的过程中的性能直接关乎到海水淡化的速度和最终产出的淡水质量。所以,开发高效的太阳能蒸发器是极其重要的。
经过漫长的演化进程,天然植物已经形成了固有的特征,使它们适宜作为开发高性能太阳能蒸发器的材料。这些特征涵盖多通道运输结构、出色的亲水性以及碳化后广泛的太阳能吸收区间。另外,植物还具有多元性、易获取性、可承受性、可再生性以及生态友好性等优势。近些年来,涌现出了许多基于植物的生物炭太阳能蒸发器。因为水的污染,基于天然材料的太阳能海水淡化面临着更大的难题,对污水或海水中的水蒸气进行蒸发,凝结和收集,达到净化水的目的,是解决水污染和水资源短缺危机的有效途径之一,但是目前大多数的碳基生物质材料是通过直接全部碳化或者只在供水层表面做一些简单的光热改性,会造成热量无法集中在液-气界面处,从而造成热量损失,进而使蒸发效果受到影响。
例如,ZongxingLiu等人(2024)报道了碳化冬瓜技术,公开了源自冬瓜的Ti3
C2
TX
/碳气凝胶,它在太阳能蒸汽生成方面表现出卓越的光热转换性能(Ti3
C2
TX
/carbonaerogelsderivedfromwintermelonforhigh-efficiencyphotothermal conversion,Desalination,Volume573,15March 2024,117207)。中国专利(公告号CN113968994B)公开了用天然多孔纤维素生物质材料(例如茄子、丝瓜、甘蔗、萝卜、山药、竹子和秸秆)制备用于太阳能界面蒸发的光热生物质气凝胶的方法,获得的用于太阳能界面蒸发的光热生物质气凝胶具有优异的光热性能,在太阳光的照射下可以持续高效的将水溶液转化为水蒸气,可以作为光热界面蒸发材料,用于海水淡化和废水净化。尽管生物质集成的太阳能蒸汽生成系统已经展现出了显著的技术飞跃,但在实际应用中仍面临生产工艺繁琐、蒸发效率不高、原材料获取困难、易受季节限制,在高浓度盐水以及工业废水中蒸发速率低,而且目前大多数的碳基生物质材料是通过直接全部碳化或者只在供水层表面做一些简单的光热改性,会造成热量无法集中在液-气界面处,从而造成热量损失,进而使蒸发效果受到影响,这些因素构成了不容忽视的障碍。因此,迫切需要研发一款新型的太阳能界面蒸发材料,其特点应当包括简易的制备流程、卓越的光热转换效能以及经济实惠的生产成本。
实现思路