【摘 要】
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水是人类赖以生存和发展的生命源泉,也是人类社会可持续发展的基础性宝贵自然资源,属于国家经济发展的重要战略资源。我国的淡水资源总量少,高效、经济地利用太阳能蒸发技术获取清洁水,对于缓解淡水资源短缺、维持社会和经济可持续发展具有重要意义,已经引起了广大科研工作者的广泛关注,成为学术界的研究热点之一。近年来,随着太阳能光热蒸发技术的深入研究和纳米材料在光热转换领域的蓬勃发展。科技工作者提出了新型的太阳能
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水是人类赖以生存和发展的生命源泉,也是人类社会可持续发展的基础性宝贵自然资源,属于国家经济发展的重要战略资源。我国的淡水资源总量少,高效、经济地利用太阳能蒸发技术获取清洁水,对于缓解淡水资源短缺、维持社会和经济可持续发展具有重要意义,已经引起了广大科研工作者的广泛关注,成为学术界的研究热点之一。近年来,随着太阳能光热蒸发技术的深入研究和纳米材料在光热转换领域的蓬勃发展。科技工作者提出了新型的太阳能驱动界面光热水蒸发技术,此技术将太阳辐射产生的热量定位到光热转换材料的表面,使太阳能加热水产生水蒸气这一过程发生在光热转换材料表面的薄层空气-水界面处,从而最大限度地减少热损失,提高光热转换效率。太阳能驱动界面蒸发装置的光热转化效率主要依赖于材料的吸光率、孔道结构、隔热性能、水传输等关键因素的协同作用。从光热转换的本质来讲,由于材料的蒸发效率、光热转换性能、耐盐性能等在很大程度取决于光热材料本身的物化性质,因此开发新型、高性能光热材料仍是该领域的研究热点。另外,太阳能驱动界面蒸发装置在盐度较大的水溶液中很容易发生盐的析出、聚集而造成其光热转换效率的下降,因此界面蒸发装置的耐盐性能有待进一步提高。针对目前太阳能驱动界面蒸发用光热材料研究领域的不足,本论文着眼于聚离子液体块状多孔材料的设计、合成、光热转换效率及其耐盐性能的研究,选择具有不同官能团的离子液体单体,通过聚合、交联等形式制备块状多孔聚离子液体材料,并对聚离子液体材料的光热转化效率和耐盐性能进行了测试,初步探讨了影响聚离子液体基太阳能界面蒸发系统光热转换效率的主要因素及耐盐机理。论文研究的主要内容及结论如下:(1)以1-乙烯基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐([VEIm][BF4])为单体,二乙烯基苯(DVB)为交联剂,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,四氢呋喃和水为混合溶剂,通过水热反应制备得到了白色的块状多孔聚离子液体材料PDVB-BF4ILs,通过表面熏涂烟灰炭的方式,制备得到了C-PDVB-BF4ILs。在模拟太阳光强度为1kW m-2的测试条件下,具有Janus结构的C-PDVB-BF4ILs作为太阳能界面蒸发器的光热转换率为92.4%,并对20 wt%Na Cl溶液表现出优异的耐盐性能。(2)选用1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐([VEIm]Br)为反应单体,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,过硫酸铵(APS)为引发剂,以去离子水为溶剂,通过聚合反应成功制备得到聚离子液体水凝胶PMBA-BrILs,采用喷涂的方法在PMBA-BrILs表面使吡咯进行原位聚合制备得到了表面被聚吡咯改性的PPy-PMBA-BrILs,然后在PPy-PMBA-BrILs表面聚吡咯层上交替喷涂Ag NO3和Na BH4溶液还原得到Ag颗粒,制备得到表面被聚吡咯和Ag颗粒共改性的Ag/PPy-PMBA-BrILs。在模拟太阳光强度为1 kW m-2的测试条件下,表面被聚吡咯和Ag颗粒共改性的Ag/PPy-PMBA-BrILs作为太阳能界面蒸发器的光热转换率为88.7%,对总盐度为3.5 wt%的人工海水具有显著的淡化效果。(3)以1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐([VEIm]Br)和丙烯酰胺(AM)为反应单体,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,过硫酸铵(APS)为引发剂,加入疏水处理的SiO2空心微球,用去离子水作为溶剂,制备得到淡黄色的聚离子液体凝胶SiO2-PILs,运用在SiO2-PILs表面原位聚合形成黑色聚吡咯和还原形成Ag颗粒的方法,制备得到表面同时被聚吡咯和Ag颗粒共改性的聚离子液体凝胶Ag/PPy-SiO2-PILs。在模拟太阳光强度为1 kW m-2的测试条件下,Ag/PPy-PILs和Ag/PPy-SiO2-PILs的光热转换效率分别为88.4%和90.5%,对人工模拟海水和不同浓度的Na Cl溶液均表现出优良的耐盐性能。(4)以离子液体1-苄基-3-甲基咪唑氯盐([BzMim]Cl)或溴化N-苄基吡啶([FeCl]Br)和苯(PhH)为反应单体,二甲氧基甲烷(FDA)为交联剂,无水三氯化铁(FeCl3)为催化剂,1,2-二氯乙烷(DCE)为溶剂,并加入适量炭黑,混合搅拌均匀后,通过傅克烷基化反应制备得到了离子液体超交联复合物C-[BzMim]C l-co-PhH和C-[FeCl]Br-co-PhH。在模拟太阳光强度为1 kW m-2的测试条件下,C-[BzMim]Cl-co-PhH和C-[FeCl]Br-co-PhH作为太阳能界面蒸发器的光热转换效率分别可达85.2%和88.4%,并对不同浓度的Na Cl溶液表现出良好的耐盐性能。
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