【摘 要】
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太阳能蒸汽技术被用于海水淡化,不仅缓解能源的短缺,还能够提供清洁的饮用水。设计制备应用于经济高效稳定的太阳能能蒸汽技术的光热材料具有十分重要的科学意义和应用价值。优异的太阳能光热转换体系应该具备:1.高效光吸收和光热转换;2.有效的热管理;3.良好的水供给和蒸汽收集。为此,本论文以还原氧化石墨烯为光热材料,海藻酸钠/淀粉/碳酸钙三维气凝胶做隔热的支撑衬底,设计制备了铝箔/石墨烯/四氧化三锰和石墨烯
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太阳能蒸汽技术被用于海水淡化,不仅缓解能源的短缺,还能够提供清洁的饮用水。设计制备应用于经济高效稳定的太阳能能蒸汽技术的光热材料具有十分重要的科学意义和应用价值。优异的太阳能光热转换体系应该具备:1.高效光吸收和光热转换;2.有效的热管理;3.良好的水供给和蒸汽收集。为此,本论文以还原氧化石墨烯为光热材料,海藻酸钠/淀粉/碳酸钙三维气凝胶做隔热的支撑衬底,设计制备了铝箔/石墨烯/四氧化三锰和石墨烯/聚乙烯亚胺复合膜两个体系作光热蒸汽转换材料,研究了两种复合膜的结构组成,系统探讨了光热转换性能和太阳能蒸汽产生效率,分析了其光热转换机理,取得主要研究结果如下:1)铝箔/石墨烯/四氧化三锰复合膜的制备及其光热性能。通过自沉淀法合成氧化石墨烯/四氧化三锰胶体,然后以铝箔为载体,制备得到铝箔/石墨烯/四氧化三锰（Al/RGO/Mn3O4）复合膜,以合成海藻酸钠/淀粉/碳酸钙三维气凝胶为隔热层,构建界面光热转换水蒸发器件。该水蒸发器件能够实现良好的光吸收、及时的水供应以及良好的热管理。Al/RGO/Mn3O4复合膜的吸光能力高达99%,在1 KW·m-2光照强度下,实现了1.65 kg·m-2·h-1的水蒸发速率,水蒸发效率可达90%,即使是在条件更加苛刻的海水中,在1 KW·m-2光照强度下,也能保持1.26 kg·m-2·h-1水蒸发速率,并且拥有良好的耐盐腐蚀性。同时,Al/RGO/Mn3O4光热转换复合材料在水蒸发循环试验中表现出良好的循环稳定性,20次海水循环试验中,整个体系的水蒸发速率基本保持稳定,为将来大规模应用提供了可能性。2)还原氧化石墨烯/聚乙烯亚胺三维气凝胶的制备及其光热性能。通过化学交联的方法制备还原氧化石墨烯/聚乙烯亚胺复合物,以合成的海藻酸钠/淀粉/碳酸钙三维气凝胶为隔热层,通过冷冻干燥技术构筑一体化光热转换水蒸发器件。该复合膜体系具备石墨烯吸光材料高的吸光性能,以及聚乙烯亚胺的高亲水性和三维气凝胶结构的延展性和高机械强度。通过三者的复合增强作用,使得该体系在一个太阳下光热蒸气速率为1.35kg m-2·h-1且光吸收能力高达95%。该结构的创新点在于将传统的双层结构（上层吸光层,下层水传输和隔热层）变成了一体化具有高可控性的三维气凝胶结构,可以通过优化气凝胶的结构来减少光的反射和折射,以此来最大化提高光的吸收效率。此外,三维气凝胶的微米亚微米结构使得海水中盐颗粒不会在孔道中聚集,故在高盐的海水下有稳定的太阳能蒸发速率。为一体化结构的光热蒸汽转换器件的设计提供了一种可行的方案。
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