【摘 要】
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随着当今世界的人口快速增长以及环境污染尤其是水污染问题的突显,也导致了全球的淡水资源更趋短缺。而近年来出现的太阳能光热转换驱动水蒸发技术,不仅能够缓解能源与环境的压力,对亟待解决的淡水资源短缺问题也有着极大的助力。金属纳米材料、半导体材料、碳材料等越来越多的功能材料被发现具有优异的光吸收和光热转换性能,其中碳基材料由于具有高光吸收率、高稳定性等优势被视为最有前景的光热材料之一。此外,通过对光热转换
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随着当今世界的人口快速增长以及环境污染尤其是水污染问题的突显,也导致了全球的淡水资源更趋短缺。而近年来出现的太阳能光热转换驱动水蒸发技术,不仅能够缓解能源与环境的压力,对亟待解决的淡水资源短缺问题也有着极大的助力。金属纳米材料、半导体材料、碳材料等越来越多的功能材料被发现具有优异的光吸收和光热转换性能,其中碳基材料由于具有高光吸收率、高稳定性等优势被视为最有前景的光热材料之一。此外,通过对光热转换器的结构设计以及采用界面蒸发的方式,利用一些具有多孔结构的材料可显著增加光吸收面积,能够极大的提高光热转换的效率。本课题通过冷冻干燥制备了石墨烯基三维光热气凝胶和具有Janus结构的碳纳米管/聚乙烯醇（CNT/PVA）多孔复合物,并对其光热转化性能进行了研究。主要研究内容如下:（1）以羧基化多壁碳纳米管（MWCNT-COOH）为光热材料,聚乙烯醇为骨架,混合后通过凝胶溶胶、冷冻干燥等方法得到宽带波长吸收、高转换效率、具有Janus结构的多孔复合物。在蒸发器中,疏水PDMS和亲水性PVA多孔复合材料的各向异性润湿性使其成为良好的蒸发器,在海水淡化实验中可保持稳定的水蒸发速率,且在长时间的测试过程中表面无盐分析出,淡化后的盐截留率高达99.86%。测试中蒸发器自漂浮于水-气界面上,大大减少了对水体的热损失,提高了光热转换效率。在1次光照（1 k W m~2）下,蒸发速率可达到1.34kg m-2 h-1,光热转换效率达到85.71%。此外净化处理后的湖水和废水中的有机物含量和重金属离子浓度大幅降低,去除率分别达到93.14%和96.81%,经过循环稳定性测试和室外蒸发实验也验证了其在实际应用中的光热性能。综上表明,拥有Janus结构、良好水通路的多孔太阳能蒸发器具有高效的水蒸发性能和耐盐性。（2）考虑到漂浮于水面上的界面蒸发方式仍与水体有着较多的接触面积,会造成较多的热损失,在以上工作基础上再通过将蒸发层与底部水体隔离的蒸发系统结构设计,可保证稳定水蒸发的同时减少传递至水体中的热量。以氧化石墨烯纳米片和海藻酸钠为原料,在温和条件下通过共价交联和氢键形成弹性氧化石墨烯骨架（GOF）,经过简单还原,获得了具有三维互联多孔网络结构的新型高柔性r GO-SA光热气凝胶。该气凝胶具有良好的力学性能,优异的宽带光吸收（95.87%）、低热导率(0.049 W m-2K-1)和高盐去除率（99.28%）。结合结构优化设计使得在1个太阳辐照下气凝胶的水蒸发速率高达1.86 kg m-2h-1,在海水淡化等应用领域有着较大的潜力。
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