本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，具體涉及一種水凝膠薄層-泡沫基太陽(yáng)能蒸發(fā)器及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

2、太陽(yáng)能界面蒸發(fā)技術(shù)利用綠色可再生的太陽(yáng)能作為能量來(lái)源，氣液界面局域產(chǎn)生熱量誘導(dǎo)水分蒸發(fā)，減少能量損失，提高蒸汽產(chǎn)生效率，運(yùn)行過(guò)程中環(huán)保無(wú)污染、成本低廉，逐漸成為時(shí)興的水處理方式。在界面太陽(yáng)能蒸發(fā)系統(tǒng)中，研究方向主要集中在傳水路徑調(diào)整等方面，用于提高界面蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸發(fā)速率和能量利用效率。但一般蒸發(fā)器的制備過(guò)程復(fù)雜耗時(shí)，如錐形腔體三維多孔水凝膠蒸發(fā)器需要在低溫環(huán)境下冷凍干燥并重復(fù)操作；一種由苯胺低聚物與親水性聚乙二醇共價(jià)連接的聚合物泡沫蒸發(fā)器，需要額外用0.3mm針頭刺穿聚合物蒸發(fā)器，人為造孔在一定程度上增加了蒸發(fā)器制備難度。因此，如何提供一種制備工藝簡(jiǎn)單且蒸發(fā)速率高的蒸發(fā)器是亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種水凝膠薄層-泡沫基太陽(yáng)能蒸發(fā)器及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的噴涂法快速制備了負(fù)載水凝膠薄層的泡沫基蒸發(fā)器，制備工藝簡(jiǎn)單，且蒸發(fā)器整體優(yōu)異的親水性可以實(shí)現(xiàn)理想的水分輸送，降低水分子結(jié)合能，顯著降低蒸發(fā)焓，具有良好的蒸發(fā)速率和能量利用效率。此外，該蒸發(fā)器在3.5-20wt.%鹽水中也表現(xiàn)出優(yōu)異的耐鹽性能，酸堿與各種染料污水中較高蒸發(fā)速率，超過(guò)大多數(shù)先進(jìn)的蒸發(fā)器。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種水凝膠薄層-泡沫基太陽(yáng)能蒸發(fā)器，包括泡沫基底、光熱層以及水凝膠薄層；在所述泡沫基底上依次涂覆光熱層和水凝膠薄層，組成fch蒸發(fā)器；其中，光熱層為碳基銦材料。

4、光熱層能夠高效地將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換為熱能，用于體水以加熱生成水蒸氣。水凝膠層中精確設(shè)計(jì)毛細(xì)管水通路可增強(qiáng)水分輸送能力，降低水分子結(jié)合能，顯著降低蒸發(fā)焓實(shí)現(xiàn)高效快速的水蒸發(fā)。

5、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，還包括在水凝膠薄層上涂覆光熱層，組成fchc蒸發(fā)器。

6、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述泡沫基底為三聚氰胺泡沫或聚氨酯泡沫。優(yōu)選為三聚氰胺泡沫。三聚氰胺泡沫或聚氨酯泡沫這種具有多孔結(jié)構(gòu)的親水性泡沫表面才可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的蒸發(fā)效果，其他的泡沫如聚乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚丙烯泡沫這種疏水性泡沫表面不能實(shí)現(xiàn)有效蒸發(fā)。

7、泡沫的平均孔徑為40-60μm，優(yōu)選為50μm。

8、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述碳基銦材料是由硝酸銦溶液和均苯三甲酸溶液混合，水熱法制備前驅(qū)體，將前驅(qū)體在保護(hù)氛圍下煅燒得到的。

9、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述水凝膠薄層包括碳基銦材料、聚乙烯醇和戊二醛。

10、第二方面，本發(fā)明提供了上述水凝膠薄層-泡沫基太陽(yáng)能蒸發(fā)器的制備方法，包括：

11、（1）將泡沫基底組裝成foam蒸發(fā)器（泡沫蒸發(fā)器）；

12、（2）將碳基銦材料水溶液涂覆在泡沫基底的內(nèi)外表面，得到fc蒸發(fā)器；

13、（3）將碳基銦材料、聚乙烯醇和戊二醛混合，涂覆在泡沫基底的內(nèi)外表面，得到fch蒸發(fā)器。

14、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，還包括步驟（4），在所述fch蒸發(fā)器的內(nèi)外表面涂覆碳基銦材料水溶液，得fchc蒸發(fā)器。

15、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明對(duì)蒸發(fā)界面的長(zhǎng)、寬、厚度尺寸，沒(méi)有特殊限定，根據(jù)實(shí)際需要選擇即可。在本發(fā)明實(shí)施例中，長(zhǎng)、寬、厚度尺寸分別為8cm×4cm×0.5cm。

16、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，在步驟（1）之前，還包括對(duì)泡沫基底進(jìn)行洗滌、干燥處理。具體的，水和乙醇洗滌數(shù)次去除表面灰塵、油脂。

17、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述步驟（1）中，所述泡沫基底為三聚氰胺泡沫或聚氨酯泡沫。

18、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，步驟（2）中，所述碳基銦材料水溶液的濃度為0.05-1g/ml，優(yōu)選為0.05-0.1g/ml。

19、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，步驟（3）中，碳基銦材料和聚乙烯醇混合組成溶液c，溶液c和戊二醛分別依次涂覆在泡沫基底的內(nèi)外表面。具體的，溶液c先噴涂在泡沫基底的內(nèi)外表面；進(jìn)而再在泡沫基底的內(nèi)外表面噴涂一層戊二醛（ga）進(jìn)行交聯(lián)，最后組裝形成含有水凝膠薄層的fch蒸發(fā)器。

20、進(jìn)一步地，溶液c中碳基銦材料的濃度為0.05-1g/ml，優(yōu)選為0.1-0.2g/ml。

21、進(jìn)一步地，所述聚乙烯醇（pva）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-15wt.%，優(yōu)選為12.5wt.%。

22、進(jìn)一步地，涂覆時(shí)，溶液c和戊二醛的體積比為(9-10):1。

23、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述步驟（4）中，所述碳基銦材料水溶液的濃度為0.05-1g/ml，優(yōu)選為0.05-0.1g/ml。

24、步驟（2）中碳基銦材料水溶液的涂覆量、步驟（3）中溶液c的涂覆量以及步驟（4）中碳基銦材料水溶液的涂覆量的體積比為(1-5):(1-5):(1-3)，優(yōu)選為(1-3):(1-3):1。

25、第三方面，本發(fā)明提供了一種碳基銦材料，所述碳基銦材料是由硝酸銦溶液和均苯三甲酸溶液混合，水熱法制備前驅(qū)體，將前驅(qū)體在保護(hù)氛圍下煅燒得到的。

26、優(yōu)選的，硝酸銦溶于醇溶液中得到硝酸銦溶液，優(yōu)選為甲醇溶液。

27、優(yōu)選的，均苯三甲酸溶于n,n-二甲基甲酰胺中得到均苯三甲酸溶液。

28、優(yōu)選的，硝酸銦和均苯三甲酸的質(zhì)量比為1:(5-10)，優(yōu)選為1:5。

29、優(yōu)選的，所述煅燒的溫度為450-550℃，煅燒時(shí)間為1-3h，優(yōu)選為500℃，2h。

30、第四方面，本發(fā)明提供了上述碳基銦材料在制備太陽(yáng)能蒸發(fā)器中的應(yīng)用。

31、第五方面，本發(fā)明提供了一種水凝膠薄層-泡沫基太陽(yáng)能蒸發(fā)器在海水淡化、高鹽廢水、酸堿與各種染料污水處理中的應(yīng)用，其中，所述水凝膠薄層-泡沫基太陽(yáng)能蒸發(fā)器為上述水凝膠薄層-泡沫基太陽(yáng)能蒸發(fā)器，或?yàn)樯鲜鲋苽浞椒ǖ玫降乃z薄層-泡沫基太陽(yáng)能蒸發(fā)器。

32、上述技術(shù)方案中的一個(gè)或一些技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：

33、（1）本發(fā)明提供了一種水凝膠薄層-泡沫基太陽(yáng)能蒸發(fā)器，包括泡沫基底、光熱層以及水凝膠薄層；在所述泡沫基底上依次涂覆光熱層、水凝膠薄層或在所述泡沫基底上依次涂覆光熱層、水凝膠薄層以及光熱層。其中，光熱層為碳基銦材料，其具有獨(dú)特的光熱轉(zhuǎn)換能力，為高效蒸發(fā)提供可能，進(jìn)一步結(jié)合碳基銦材料、聚乙烯醇和戊二醛組成的水凝膠薄層，使得蒸發(fā)器整體優(yōu)異的親水性可以實(shí)現(xiàn)理想的水分輸送，降低水分子結(jié)合能，顯著降低蒸發(fā)焓。憑借這些特性，在1個(gè)太陽(yáng)照射下，fch蒸發(fā)速率和能量效率分別是7.93kgm-2h-1和315%；fch中水凝膠薄層吸收太陽(yáng)光將其轉(zhuǎn)換為熱量，隨后逐級(jí)加熱薄層內(nèi)的水分，水凝膠薄層內(nèi)部中間水（iw）的存在可以減少蒸發(fā)所需要的能量、縮短蒸發(fā)路線，由液態(tài)水經(jīng)由iw直接汽化生成水蒸氣，最終實(shí)現(xiàn)較高的蒸發(fā)速率。

34、（2）本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的噴涂法快速制備了負(fù)載水凝膠薄層的泡沫基蒸發(fā)器，制備工藝簡(jiǎn)單，具有普適性。

35、（3）本發(fā)明制備的水凝膠薄層-泡沫基太陽(yáng)能蒸發(fā)器，具有高效的蒸發(fā)速率和能量利用效率，且在3.5-20wt.%鹽水中也表現(xiàn)出優(yōu)異的耐鹽性能，酸堿與各種染料污水中也具有較高蒸發(fā)速率，則其在海水淡化、高鹽廢水、酸堿與各種染料污水處理中的具有更廣泛的應(yīng)用，超過(guò)大多數(shù)現(xiàn)有的蒸發(fā)器。該泡沫基蒸發(fā)器在各種條件下穩(wěn)定的蒸發(fā)表現(xiàn)有大規(guī)模應(yīng)用潛力，為實(shí)際淡水生產(chǎn)提供了一種可靠路徑。