【摘 要】
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对于许多国家来说,淡水资源短缺仍然是一个严重的挑战。为了解决这一问题,人们竭力开发经济且高效的水淡化系统。所以,太阳能驱动的界面水淡化技术开始受到工程和材料科学界的广泛关注。这是一种发生在气液接触面上,通过光热材料将太阳能转换为热能,并且持续产生清洁水的技术。目前,具有较高光谱吸收能力的光热材料已经被广泛开发,包括半导体、金属材料、高分子聚合物以及碳基材料。其中,生物质衍生的碳材料由于其经济优势被
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对于许多国家来说,淡水资源短缺仍然是一个严重的挑战。为了解决这一问题,人们竭力开发经济且高效的水淡化系统。所以,太阳能驱动的界面水淡化技术开始受到工程和材料科学界的广泛关注。这是一种发生在气液接触面上,通过光热材料将太阳能转换为热能,并且持续产生清洁水的技术。目前,具有较高光谱吸收能力的光热材料已经被广泛开发,包括半导体、金属材料、高分子聚合物以及碳基材料。其中,生物质衍生的碳材料由于其经济优势被用作典型的太阳能光热材料。但是,较低的光吸收转换效率以及盐积累依旧是限制其发展的主要因素。基于这些问题的考虑,在本研究中,采用生物质基材料和金属氧化物MnO2复合的方式制备光热材料,并对盐水（盐碱湖水和模拟海水）以及部分难处理废水进行净化,具体研究内容和结论如下:（1）通过棉杆（CS）与MnO2共水热的方法制备了一种新型材料（H-CS/MnO2）,并设计了稳定有效的蒸发体系。在保证超亲水性的同时,MnO2的稳定负载也使H-CS/MnO2具有优异的光热转换性能。实验结果表明,在1 KW m-2的光照条件下,蒸发效率达到93.46%,蒸发速率为2.43 kg m-2h-1。为了避免水热碳化液随意排放对环境造成污染,本章节对其进行了循环利用。在循环过程中发现了碳量子点（CDs）不断富集并表现出一定的光热效应,MnO2和CDs的协同作用进一步提高了材料的光热转换性能,在1 KW m-2的光照条件下,蒸发速率提高到2.85 kg m-2h-1。此外,H-CS/MnO2还具有良好的耐盐性和耐腐蚀性,并且所得净化后的水中盐离子去除率达高于99.9%。（2）采用廉价易得的瓦楞纸（CP）作为原料,通过磷酸辅助低温碳化获得碳材料（C-CP）;高锰酸钾和硫酸锰氧化还原反应,使得MnO2成功负载在C-CP表面,从而制得光热材料（C-CP/MnO2）。在1 KW m-2的光照条件下,蒸发速率可以达到2.563 Kg m-2h-1。为了进一步提高蒸发速率,构建了向日葵仿生追光系统。这使得C-CP/MnO2表面接收到的辐射量提高近80%,蒸发速率达到4.314 kg m-2h-1。并且通过Zemax进行了光学模拟,展示了光线传播路径,验证了实验结果的正确性。此外,C-CP/MnO2不仅适用于海水的淡化,也适用于高浓度有机废水和含重金属离子废水的净化。（3）通过热处理的方法制备了磷酸氢二铝（ADP）化合物,并将其用作低温碳化瓦楞纸的催化剂,制备了CP-ADP,在室温下,通过高锰酸钾和硫酸锰的氧化还原反应,在CP-ADP表面生成MnO2粒子,通过氢键结合,形成稳定的复合材料（CP-ADP/MnO2）。在1 KW m-2的光照条件下,蒸发速率可以达到2.594 Kg m-2h-1。为了进一步提高蒸发速率,本文采用6V太阳能电池作为补偿,光热和电热协同作用,蒸发速率可以达到3.971 Kg m-2h-1。与太阳能集热系统相结合后,蒸发速率可以达到6.361 Kg m-2h-1。为了解决快速蒸发带来的盐沉积问题,采用间歇式离子电迁移的方法,有效沉降盐粒子。并且基于此原理制备了方便携带的太阳能水蒸发小器件。
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