太阳能海水淡化技术为解决全球用水问题带来了新的转机。太阳能海水淡化技术的核心在于光热转化材料,将光热转化材料应用于海水淡化,可以大大提高海水淡化的效率,为生产淡水提供有利的条件,同时此过程利用清洁高效的太阳能,对环境较为友好。目前,学者们对于这一类光热转化材料的研究已取得了重大成果,但由于结构合理性等问题,这类材料还未能实现大规模应用。因此,本课题采用纳米纤维素(CNF)和树脂作为基体和胶粘剂,制备出CNF源碳基光热转化材料、CNF基同源异质光热转化材料、炭黑/CNF复合光热转材料、炭黑/CNF/阔叶木纤维复合光热转化材料等几种不同结构的光热转化材料,以实现材料结构的优化及光热转化效率和水蒸发效率的提高。具体的研究内容如下:首先,以纳米纤维素为原料、以环氧树脂和聚酰胺树脂混合物作为胶黏剂,通过混合、搅拌、注模、固化成型、炭化等一系列过程,制备出纳米纤维素源碳基光热转化材料。经过分析表征得到,该材料具有高度多孔的结构,光吸收性能优异,太阳能总吸收率可达94.12%,绝热性能良好,导热性系数为0.045 W·m-1·K-1;另外,该材料在一个太阳光强度下照射30 min,蒸发速率基本可达1.20 kg·m-2·h-1,蒸发效率可达84.61%;经过10次循环试验,说明该材料稳定性较好,可长期重复使用。其次,为了实现更好的热管理,在此基础上,利用表面炭化的方式,制备出纳米纤维素基同源异质光热转化材料。该材料具有光吸收层与载体层同源异质双结构特征,材料具有上下贯通的多孔结构,且上下层之间并无明显的分界线,上层材料经过炭化具有宽谱高效的光吸收,太阳能总吸收率可达92.15%;下层未炭化材料亲水性很强,可起到合理输送水分的作用,绝热性能较好,导热系数为0.052 W·m-1·K-1;该材料在一个太阳光强度下照射30 min,蒸发速率可达1.27kg·m-2·h-1,蒸发效率可达85.42%。接着,以炭黑作为光吸收剂,制备出炭黑/纳米纤维素复合光热转化材料。通过探究炭黑的用量对于该光热转化材料的结构和性能的影响可得,随着炭黑用量的增加,该材料的孔密度先增多后减少,绝热性能先变好后变差,亲水性提高,光吸收性能也提高,该材料蒸发速率先快速增加后增加趋势减缓;当炭黑用量为1.0 wt.%时,炭黑/纳米纤维素复合光热转化材料的孔密度最大,太阳能总吸收率达92.21%,亲水性较好,导热系数为0.053 W·m-1·K-1,蒸发速率最大,蒸发效率为79.23%。综合评价性能较佳。最后,为了进一步降低成本,优化材料的结构,将阔叶木纤维与纳米纤维素混合,进一步加入炭黑,制得炭黑/纳米纤维素/阔叶木纤维复合光热转化材料。通过探究两种纤维的配比对于该光热转化材料的结构和性能的影响发现,随着阔叶木纤维用量的增加,该材料孔径先减小后增大,孔密度先增多后减少,吸光性能逐渐降低,亲水性变差,绝热性能先变差后变好,蒸发速率先增加后减小;当阔叶木纤维用量为50%时,炭黑/纳米纤维素/阔叶木纤维复合光热转化材料的孔密度较大,太阳能总吸收率可达到90.08%,亲水性相对较好,导热系数为0.05 W·m-1·K-1左右,蒸发速率最大,蒸发效率为81.34%。综合评价性能较佳。本课题通过采用不同的方法制备出几种不同的光热转化材料,解决了目前光热转化材料结构合理性问题,为光热转化材料的研究以及太阳能海水淡化技术的发展提供了新的思路。