【摘 要】
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太阳能水蒸发是一种利用清洁能源获取清洁水资源的技术,受到学者越来越多的关注,但其存在能量利用率较低、产水速率不高等问题。水凝胶,由大量含亲水基团的单体聚合而成,多孔且吸水;经功能设计,是理想的太阳能水蒸发材料,但其蒸发过程热量损失大、复合凝胶多孔性较差、蒸发焓较高等问题也需调控。本文拟采用富含亲水基团的水凝胶材料作为基底调整蒸发焓,加入良好吸光性的粉末活性炭,并复合磁性粒子来实现减少热量损失和调整
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太阳能水蒸发是一种利用清洁能源获取清洁水资源的技术,受到学者越来越多的关注,但其存在能量利用率较低、产水速率不高等问题。水凝胶,由大量含亲水基团的单体聚合而成,多孔且吸水;经功能设计,是理想的太阳能水蒸发材料,但其蒸发过程热量损失大、复合凝胶多孔性较差、蒸发焓较高等问题也需调控。本文拟采用富含亲水基团的水凝胶材料作为基底调整蒸发焓,加入良好吸光性的粉末活性炭,并复合磁性粒子来实现减少热量损失和调整凝胶内部多孔结构的目的,以期开发新型太阳能水蒸发材料,拓展水凝胶在净水领域的应用。主要结论如下:（1）合成磁性聚乙烯醇-粉末活性炭水凝胶并考察其净水性能。选用羟基（-OH）多且机械强度较大的聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol,PVA）和具有良好吸光性的粉末活性炭（Powder Activated Carbon,PAC）,以及热转换效率高的四氧化三铁（Fe3O4）,采用官能团交联方法合成聚乙烯醇-粉末活性炭复合四氧化三铁水凝胶（PVA-PAC@Fe3O4）。一个太阳光强下(1 k W m-2)的蒸发速率为2.89 kg m-2h-1,较纯水蒸发速率提升约10倍,太阳光利用效率为94.6%。制备过程外加磁场,可使吸光粒子分布在蒸发材料表面,且凝胶内部多孔结构更加丰富,蒸发速率相比未加磁场的提升约26.0%。同时,探究了PVA-PAC@Fe3O4水凝胶应用于不同场景的净水效果和影响因素。（2）对磁性聚乙烯醇-粉末活性炭水凝胶改性优化并考察优化后净水性能。采用富含磺酸基（-SO3H）的聚苯乙烯磺酸盐（Polystyrene Sulfonate,PSS）对凝胶进行改性,将PVA-PAC@Fe3O4凝胶浸入含有PSS单体的前驱体溶液中,采用自由基聚合方法合成聚苯乙烯磺酸盐优化的聚乙烯醇-粉末活性炭复合四氧化三铁水凝胶（PSS-PVA-PAC@Fe3O4）。表征证明PSS的加入不影响凝胶表面的微孔结构和内部的水通道,凝胶蒸发焓较优化前降低13.5%。水凝胶在一个太阳光强下蒸发速率为3.26 kg m-2h-1,太阳光利用效率为93.4%,PSS优化效果提升约12.8%。优化后水凝胶蒸发性能有较大提升,净水效果基本不变,成本增长近30倍。
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