淡水资源短缺是每一个国家必须面对的问题,我国因人口众多,形势也更加严峻。海水淡化作为主要的淡水获取方式,发展迅猛。然而海水淡化厂产生的高浓度盐水因体量大、处理难度大而成为新的问题。太阳能驱动界面蒸发技术作为新兴的高效蒸发技术,具有工艺简单、成本低、碳足迹最小、能耗低的特点而被广泛关注。光热材料是太阳能驱动界面蒸发技术的核心,其光热蒸发性能的优劣直接决定该技术的实用性。作为一种新型光热材料,光热水凝胶具有诸多优点。如其较高的孔隙率利于太阳光的吸收;其亲水的网络结构能够有效活化水分子,降低蒸发焓而提高水蒸发速率;其较低的导热系数具有一定隔热保温效果而提高热量的利用效率。尽管如此,光热水凝胶在处理高浓度盐水时,表面盐累积效应会显著影响其蒸发速率和效率。有研究证明,在光热材料中构建全向性孔道结构能够有效降低表面盐累积效应的影响,提高材料的光热蒸发性能。本课题通过涂敷‐冰模板成孔法,在棉织物上构建内部具有全向性孔结构的石墨烯基光热水凝胶,以获得对高浓度盐水具有较高蒸发性能的机械性能优异的新型光热水凝胶棉织物。具体研究包括以下两个方面:第一部分是构建全向性孔结构石墨烯基水凝胶棉织物的研究。首先将氧化石墨烯@聚乙烯醇（GO/PVA）的混合溶液刮涂在棉织物上,再经过冷冻‐融冰交联处理制备得到GO/PVA水凝胶棉织物。通过傅里叶红外光谱证实该织物上形成了硼酸酯键,说明GO、PVA和棉织物发生交联反应。微观形貌的观察发现,所制得的GO/PVA水凝胶棉织物不但表面具有梯级多孔结构,其内部也因PVA很好地插入相邻GO片层之间而形成大量蜂窝状的光滑的横向孔道,而构成全向性内部孔结构。紫外‐可见‐近红外漫反射光谱分析表明该水凝胶棉织物具有很高的太阳光吸收性能,在200-1200 nm光谱范围内,能吸收92%以上的入射光（GPC2-1000）。在平面浮台上的光热蒸发测试显示,一个标准太阳（1 sun）下,该水凝胶棉织物的纯水分蒸发速率可达到1.74 kg·m-2·h-1,超过了平面光热材料蒸发水的速率极限(1.47 kg·m-2·h-1),体现出其优异的光热蒸发性能。而且,即使在较低的太阳光强下（0.5 sun）下,其纯水蒸发速率仍达到1.35 kg·m-2·h-1,说明该水凝胶棉织物能够适应自然光照条件,并保持较高的蒸发性能。长时间连续蒸发实验证明,该水凝胶棉织物的蒸发性能表现出优异的稳定性。由此可见,本论文所研发的GO/PVA水凝胶棉织物有望成为一种用于太阳能驱动界面蒸发技术的候选材料。第二部分重点研究了全向性孔结构石墨烯基水凝胶棉织物的太阳能蒸发脱盐性能。不同浓度盐水的蒸发实验发现,本文所制得的全向性孔结构GO/PVA水凝胶棉织物能够促使非饱和盐水在特定位置结晶,水分蒸发的同时将盐分富集于织物边缘结晶析出,实现盐-水完全分离的零液体排放处理。12 h长时间连续蒸发实验显示,3.5 wt%和10 wt%Na Cl溶液的平均蒸发率分别高达1.63 kg·m-2·h-1和1.37 kg·m-2·h-1;即便是处理饱和盐水（26 wt%）,其平均蒸发速率仍然达到1.22kg·m-2·h-1,表现出优异的高盐水蒸发性能。耐久性和稳定性测试表明,经过4个循环的12 h连续蒸发（3.5 wt%Na Cl）操作后,该水凝胶棉织物依然保持稳定的蒸发速率。另外,本文还考察了GO/PVA水凝胶棉织物在酸、碱条件下的稳定性,结果表明,该织物在酸/盐(1 mol·L-1HCl和3.5 wt%Na Cl)、碱/盐(1 mol·L-1Na OH和3.5 wt%Na Cl)浸泡30天后,未见水凝胶明显脱落,且仍然保持良好的蒸发性能,表现出良好的酸碱耐受性。最后通过3D屋顶式蒸发结构辅助蒸发饱和盐水,实现了1.90-1.95 kg·m-2·h-1的高且稳定的蒸发速率以及8.3-8.5 kg·m-2的高盐回收率。有望将其作为高效太阳能盐结晶器用于处理饱和盐水（26 wt%）并回收盐分。上述研究结果表明,本文所构建的全向性孔结构石墨烯基水凝胶棉织物不但其盐水蒸发性能不受表面盐结垢影响,而且具有出色的稳定性和耐久性,有望成为高效处理高盐水的光热蒸发材料。本文结合棉织物和水凝胶材料的各自优点,通过涂敷‐冰模板成孔法构建的全向性孔结构石墨烯基水凝胶棉织物,获得优异的高盐水处理能力,且不受表面盐垢影响,有望用于高效处理高浓度盐水,实现零液体排放处理。本文的研究工作也为新型高性能光热材料的制备提供了富有前景的新思路和新方向。