【摘 要】
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太阳能光热驱动水蒸发系统以绿色、稳定和可持续的太阳光作为能量来源,通过光热转换材料吸收太阳光转换成热能,使材料内部水温升高产生低温蒸气。在海水淡化、污水处理、灭菌消毒和水电联产等方面,太阳能光热驱动水蒸发系统均具有广阔的应用前景。高效光热驱动水蒸发系统中的材料应具备光吸收率高、亲水的多孔结构和热利用率高的特点,还应适用于多种液体处理。为了获得高效、稳定和多功能的光热转换材料,我们制备了硫酸水热碳化
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太阳能光热驱动水蒸发系统以绿色、稳定和可持续的太阳光作为能量来源,通过光热转换材料吸收太阳光转换成热能,使材料内部水温升高产生低温蒸气。在海水淡化、污水处理、灭菌消毒和水电联产等方面,太阳能光热驱动水蒸发系统均具有广阔的应用前景。高效光热驱动水蒸发系统中的材料应具备光吸收率高、亲水的多孔结构和热利用率高的特点,还应适用于多种液体处理。为了获得高效、稳定和多功能的光热转换材料,我们制备了硫酸水热碳化甘蔗以及壳聚糖（CS）/聚氨酯（PU）双网络气凝胶,并研究了界面蒸发面积对光热转换性能的影响,研究结果如下:选择产量丰富的甘蔗作为生物质碳源,通过水热碳化法制备多孔生物质碳材料。在2 M硫酸溶液中水热法制备的碳化甘蔗具有多级层次的微观形貌,薄壁细胞壁上附着有大量的微米级碳球,在200-2500 nm范围内吸光率达到95.36%,同时硫酸水热碳化甘蔗具有丰富的亲水性基团,接触角为0°。在1个太阳光强下,蒸发速率为2.32 kg m-2 h-1,热利用率达到95%。硫酸水热碳化甘蔗对于普通浓度的海水具有良好的淡化能力,Na+、K+、Ca2+和Mg2+的离子去除率达到99.9%,产生的淡水符合世界卫生组织的标准,同时在光照下对于甲基橙的吸附量为29.57 mg g-1,能够稳定地在强酸、强碱和染料废水中工作,在封闭的户外冷凝水收集装置中也具有1.66 kg m-2 h-1的平均蒸发速率。以制糖产业产生的废弃甘蔗渣作为生物质碳源,通过高温热解法制备碳基光吸收材料,将碳化蔗渣添加入CS/PU海绵基气凝胶内。探究了碳化温度对甘蔗渣成分的影响,热解温度为500°C时纤维素和木质素近乎分解完全。碳化蔗渣的添加量也会影响气凝胶的蒸发性能,添加量为1%时CB500/CS/PU气凝胶具有最好的光热转换性能,在波长为200-2500 nm范围内光吸收率为98.2%。在1个太阳光强下,蒸发速率为2.04 kg m-2 h-1。此外,PU海绵基气凝胶还能应用于普通海水淡化和处理碱性废水,并且具有较强的蒸发稳定性。蒸发界面的面积对光热水蒸发性能有巨大的影响,随着样品侧面蒸发面积与投影面积之比（侧/投）的增大,水蒸发速率加快。侧/投比值增大,样品内部水分更容易输运至蒸发界面,蒸发速度更快,光热转换的热量被水蒸发相变过程利用,样品的表面温度反而越低,使得样品与空气的对流辐射损失更少。
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