CN110342601A - 一种基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构 - Google Patents

一种基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构，包括光热转化层、输水层、支撑层和输水带，其中，光热转化层、输水层和支撑层自上而下依次设置；输水带的上端穿过支撑层和输水层并固定在输水层的上表面，输水带的下端自由延伸至待淡化水体中；支撑层为泡沫材料，用于支撑光热转化层和输水层；输水层和输水带均为亲水材料，输水带用于将待淡化水体输送至输水层；光热转化层包括CuInSe2/MXene纳米复合材料膜，用于吸收光能并将其转化为热能，以使待淡化水体升温蒸发。该海水淡化结构具有较宽泛的太阳光吸收范围，高效的光热转化性能和优良的局域热效应，且结构简单，适于规模化生产。

Description

一种基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构
技术领域
本发明属于海水淡化技术领域，具体涉及一种基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构。
背景技术
淡水资源短缺是21世纪人类面临的最严重的资源短缺问题，就目前而言，人类获取淡水的途径除了直接利用淡水湖泊、冰川等之外，进行海水淡化处理获取淡水是具有前景的途径之一。在海水淡化处理中，利用太阳能进行光热转化，蒸发海水获取淡水被认为是一种生态友好且高效的方法。通过对光热转化材料和淡化结构进行合理设计，获取便捷、高效的水蒸发途径，以此来实现太阳能海水淡化技术的产业化应用。
利用太阳能实现海水淡化，对海水淡化装置有以下要求：具有支撑材料，为装置提供浮力；具有输水结构，为蒸发层提供水分；具有良好的局域热效应，以及良好的隔热保温性能。然而，目前太阳能海水淡化结构所采用的光热转化材料大部分存在太阳光吸收范围窄、局域热效应差等缺点，一些结构采用了较复杂的设计，使整个海水淡化装置进行太阳能海水淡化的成本增加。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构，包括光热转化层、输水层、支撑层和输水带，其中，
所述光热转化层、所述输水层和所述支撑层自上而下依次设置；
所述输水带的上端穿过所述支撑层和所述输水层并固定在所述输水层的上表面，所述输水带的下端自由延伸至待淡化水体中；
所述支撑层为泡沫材料，用于支撑所述光热转化层和所述输水层；所述输水层和所述输水带均为亲水材料，所述输水带用于将所述待淡化水体输送至所述输水层；所述输水层用于存储所述待淡化水体，所述光热转化层包括CuInSe2/MXene纳米复合材料膜，用于吸收光能并将其转化为热能，以使所述待淡化水体升温蒸发。
在本发明的一个实施例中，所述输水层和所述支撑层的中心部均开设有通孔，所述输水带的上端依次穿过所述支撑层和所述输水层的所述通孔并固定在所述输水层的上表面。
在本发明的一个实施例中，所述输水带包括多条带状亲水性纤维，所述多条带状亲水性纤维的上端呈散射状分布在所述输水层的上表面，下端呈树根状散布在所述待淡化水体中。
在本发明的一个实施例中，所述支撑层由聚苯乙烯泡沫制成。
在本发明的一个实施例中，所述光热转化层、所述输水层和所述支撑层均为直径相同的圆盘状结构。
在本发明的一个实施例中，所述CuInSe2/MXene纳米复合材料膜由CuInSe2材料与MXene材料复合成，且CuInSe2材料与MXene材料的质量比为1:0.4至1:2.5。
在本发明的一个实施例中，所述CuInSe2/MXene纳米复合材料膜的制备过程包括：
将CuInSe2粉体与MXene粉体在去离子水中超声振荡混合均匀；
将混合均匀的粉体真空抽滤在多孔基底膜上，得到所述CuInSe2/MXene纳米复合材料膜。
在本发明的一个实施例中，所述MXene材料为Ti3C2。
在本发明的一个实施例中，所述CuInSe2材料以二水合氯化铜、四水合氯化铟作为铜源和铟源，硒单质粉末作为硒源进行制备，其中，所述二水合氯化铜、所述四水合氯化铟和所述硒单质粉末的摩尔比为1.05:1:2.08。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明的海水淡化结构采用CuInSe2/MXene纳米复合材料膜作为光热转化层，其综合了CuInSe2材料与MXene材料在吸光范围上的差异，具有从近紫外区到红外区(300～1200nm)的全波段的太阳光吸收，提高了海水淡化过程中太阳光的利用率。
2、本发明的海水淡化结构，输水层与输水带均采用亲水纤维，与待淡化水体具有较强的亲和力，可以持久稳定地输送并贮存水体在输水层和光热转化层之间。
3、本发明的海水淡化结构，支撑层采用聚苯乙烯泡沫(EPS)，具有较低的热传导率，在为整体结构提供浮力的同时，增强了光热转化层的局域热效应，提高了热能的利用率。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种CuInSe2/MXene纳米复合材料膜的表面SEM照片；
图3是一种CuInSe2纳米材料膜的表面SEM照片；
图4是一种MXene纳米材料膜的表面SEM照片；
图5是对比例1、对比例2和本发明实施例的基于不同纳米材料膜形成的海水淡化结构在阳光照射下的水体失重变化曲线；
图6是对比例1、对比例2和本发明实施例的基于不同纳米材料膜形成的海水淡化结构在阳光下的海水淡化速率柱形图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构的结构示意图。该海水淡化结构包括光热转化层1、输水层2、支撑层3和输水带4，其中，光热转化层1、输水层2和支撑层3自上而下依次设置；输水带4的上端穿过支撑层3和输水层2并固定在输水层2的上表面，输水带4的下端自由延伸至待淡化水体5中。
具体地，支撑层3为泡沫材料，用于支撑光热转化层1和输水层2并为光热转化层1和输水层2提供浮力，使得在海水淡化处理过程中，光热转化层1和输水层2稳定地位于待淡化水体5表面上。输水层2和输水带4均为亲水材料，输水带4用于将待淡化水体5输送至输水层2，输水层2用于存储待淡化水体5，其中，亲水材料是指对水有大的亲和能力、可以吸引和存储水分子的一类材料，例如，棉质纤维。光热转化层1包括CuInSe2/MXene纳米复合材料膜，用于对太阳光进行吸收并转化为热能，以使待淡化水体5升温蒸发，形成淡化处理后的水蒸气6，最后，水蒸气6冷凝，即可得到淡化的水。
进一步地，输水层2和支撑层3的中心均开设有圆形的通孔7，输水带4的上端依次穿过支撑层3和输水层2的圆形通孔7并固定在输水层2的上表面。输水带4用于将待淡化水体5不断向上输送至输水层2，由于输水层2也为亲水材料，因此可以储存一定量的水体，以供光热转化层1进行加热和蒸发。在本实施例中，输水层2和输水带4均采用棉质纤维制成。
在本实施例中，输水带4包括多条带状亲水性纤维41，多条带状亲水性纤维41同时传输水体，增大了水体传输效率，因此进一步增大了水体淡化的效率。多条带状亲水性纤维41的上端呈散射状分布在输水层2的上表面，下端呈树根状散布在待淡化水体5中，这样能够保证所述待淡化水体5能够均匀地分布在输水层2的上表面，增大了水体蒸发的面积，从而增大了水体淡化的效率。
总之，本实施例的海水淡化结构，输水层与输水带均采用亲水纤维，与待淡化水体具有较强的亲和力，可以持久稳定地输送并贮存水体在输水层和光热转化层之间。
进一步地，支撑层3由聚苯乙烯泡沫(EPS)制成，聚苯乙烯泡沫具有极低的热传导率，为0.024～0.041W/(m·K)，在光热转化层1进行海水蒸发时，支撑层3能够有效地阻止热量向支撑层3下方大体积水体中散失，有利于热量在光热转化层1与输水层2之间聚集，增强了局域热效应，更大程度地利用热能进行海水蒸发，在蒸发后的水冷凝后，即可得到淡化的水。
本实施例的支撑层采用聚苯乙烯泡沫，具有较低的热传导率，在为整体结构提供浮力的同时，增强了光热转化层的局域热效应，提高了热能的利用率。
进一步地，光热转化层1、输水层2和支撑层3均为直径相同的圆盘状结构。在其他的实施例中，光热转化层1、输水层2和支撑层3也可以具有不同的尺寸和形状。
在本实施例中，CuInSe2/MXene纳米复合材料膜由CuInSe2材料与MXene材料复合成，CuInSe2材料与MXene材料的质量比优选地为1:0.4至1:2.5。在该比例范围下，基于超声震荡的CuInSe2与MXene可以更优地匹配，请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种CuInSe2/MXene纳米复合材料膜的表面SEM照片。由图2可以看出，团簇状的CuInSe2较好地附着在呈片状的MXene上，MXene数层叠加在一起，总体上形成了疏松微孔道，且微孔道分布均匀，孔径适当，比表面积适当，这使得水分子在高效受热的同时，便于汽化并逸出。若二者质量高于该比例，则形成的微孔道排列较致密，孔径较小；若低于该比例，则形成的膜层隙较大，比表面积降低，两种情况都不利于水的蒸发。在宏观性能上，这体现在该比例范围内的CuInSe2材料与MXene材料形成的复合膜的光热转化速率比其他比例的样品更具有优势。
具体地，CuInSe2/MXene纳米复合材料膜的制备过程包括：
将质量比为1:0.4至1:2.5的CuInSe2粉体与MXene粉体在去离子水中超声振荡混合均匀；随后将混合均匀的粉体真空抽滤在多孔基底膜上，得到CuInSe2/MXene纳米复合材料膜。
更进一步地，本实施例的CuInSe2材料以二水合氯化铜、四水合氯化铟作为铜源和铟源，硒单质粉末作为硒源进行制备，其中，二水合氯化铜、四水合氯化铟和硒单质粉末的摩尔比为1.05:1:2.08。请参见图3，图3是一种CuInSe2纳米材料膜的表面SEM照片。由图3可以看出，在此摩尔配比下，CuInSe2的形貌比较均匀，颗粒主要呈团簇状，且可以看到存在少量八面体结构，说明晶体成核生长更加稳定，尺寸更加均匀；在宏观性能上，这体现在呈团簇状的CuInSe2在可见光范围内的吸光度比其他比例下完全为片状分布的样品更高，进一步地，此摩尔配比下生长的CuInSe2在光吸收上可以与MXene产生更大的匹配度。
具体地，所述CuInSe2材料制备方法包括以下步骤：
(1)选取摩尔比为1.05:1:2.08的二水合氯化铜、四水合氯化铟和硒单质粉末适量，将三者混匀，放入烧杯中；在本实施例中，选取摩尔比为1.05:1:2.08的二水合氯化铜、四水合氯化铟和硒单质粉末可以有效减少CuSe、Cu3Se2、In2Se3等副产物的出现，增加主产物，且使产物形貌趋向于团簇状。
(2)使用移液管向装有步骤(1)的混合物的烧杯中加入无水乙二胺溶液，将其置于磁力搅拌器上以500～800r/min的转速搅拌10～20min；加入无水乙二胺可以防止In3+离子发生水解，促进反应的进行。
(3)在搅拌之后，将装有反应物的烧杯放入超声清洗器中震荡30～60min，再次将其置于磁力搅拌器上以500～800r/min的转速搅拌1～3h；常温下硒粉可以溶于乙二胺，但是氯化铜与氯化铟的溶解性都比较差，且氯化铟在步骤(1)的操作过程中难免会有结块的情况发生，这会使得离子在反应过程中不能扩散到整个反应空间，导致反应不充分、生成两元产物，或造成产物在局部富集而定向生长。因此需要将氯化铜与氯化铟尽可能地分散在前驱溶液中，故采用超声清洗器进行震荡，强烈的超声波可以促进反应物的分散与溶解，并使大颗粒与块状的反应物破碎成小颗粒。
(4)将烧杯中的溶液和生成的沉淀一并倒入聚四氟乙烯反应器中，加入无水乙二胺定容至容积的2/3，放入高温反应釜中并置于180℃恒温鼓风干燥箱保温18h；
(5)反应结束后将反应釜取出并冷却至室温，将得到的悬液倒入离心管以5000～8000r/min的转速离心5～10min，使粉末与废液分离，之后依次用去离子水和无水乙醇洗涤所述粉末三次，离心管转速为5000～8000r/min；
(6)用铝箔将离心管封口，并将其置入真空干燥箱中，在60℃下保温6h，最终得到所述CuInSe2材料。
CuInSe2为I-III-VI族三元化合物，在常温下为黄铜矿型晶体结构。CuInSe2是一种P型半导体化合物，为直接带隙材料，常温下禁带宽度为1.04eV，且禁带宽度受温度影响较小。CuInSe2粉体材料呈现黑色，其禁带宽度与太阳光的匹配度较高，对可见光范围的太阳光具有比较高的吸收，且没有光致衰退性能衰减，热稳定性良好，可以进行长时间的高负荷工作。
进一步地，所述MXene材料制备方法包括以下步骤：
(a)在聚四氟乙烯容器中将一定量的LiF缓慢加入到适量浓度为8～12mol/L的盐酸(HCl)溶液中，搅拌10～15min得到盐酸与LiF的混合溶液，进一步反应生成氢氟酸HF；氢氟酸HF有毒性，故利用盐酸与LiF反应，间接生成氢氟酸HF，用以刻蚀接下来加入的MAX相粉体中的Al元素，避免了与氢氟酸的直接接触，制备过程安全系数更高。
(b)缓慢加入一定量的MAX相粉体，在35℃下于磁力搅拌器以300～500r/min搅拌24h，优选的，所述MAX相粉体为研磨过筛的Ti3AlC2；
(c)搅拌24h后，用去离子水冲洗数次，摇匀，并以3500r/min的转速离心数分钟，直到上清液pH>6；
(d)最后一次离心后，将制备好的Ti3C2沉淀物分散至300ml去离子水中，采用真空脱气工艺除氧2～3h，超声1～1.5h，并以3500r/h的转速离心1h；
(e)收集上清液d-Ti3C2(delaminated-Ti3C2，即，分层的Ti3C2)，干燥后即可得到MXene粉体，所述MXene粉体的化学成分为Ti3C2。离心后上清液与沉淀物中都含有d-Ti3C2，但是沉淀物中还含有尚未被氢氟酸刻蚀掉Al的原MAX相粉体，难于完全分离。故基于保证产物纯度的原则，仅收集上清液中的d-Ti3C2。
MXene材料中的M是早期过渡金属元素，X是C、N或CN元素，与石墨烯(Graphene)具有类似结构，因此将这类材料统称为MXene(二维过渡金属碳(氮)化物)。MXene材料最早是通过氢氟酸刻蚀母相三元层状材料Mn+1AXn(A主要是II和IV主族元素，n＝1、2或3)中的A层所发现并命名。MXene材料呈现黑色，其在近紫外区与红外区有较大的吸收，因此具有与CuInSe2材料良好的吸光性能匹配性。
在本实施例中，在制备了CuInSe2材料和MXene材料之后，为了制备CuInSe2/MXene纳米复合材料膜，将质量比为1:0.4至1:2.5的CuInSe2粉体与MXene粉体在去离子水中超声振荡混合均匀；将混合均匀的粉体真空抽滤在多孔基底膜上，得到CuInSe2/MXene纳米复合材料膜。请参见图2，图2是本发明实施例制备的CuInSe2/MXene纳米复合材料膜的表面SEM照片。
本实施例的海水淡化结构采用CuInSe2/MXene纳米复合材料膜作为光热转化层，其综合了CuInSe2材料与MXene材料在吸光范围上的差异，具有从近紫外区到红外区(300～1200nm)的全波段的太阳光吸收，提高了海水淡化过程中太阳光的利用率。
具体地，在使用时，将本实施例的基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构置于待淡化水体5表面。在利用太阳能进行海水淡化的过程中，海水沿着呈树根状散布的输水带4向上穿过支撑层3和输水层2，在散射分布的输水带4末梢渗出，浸润在输水层2与光热转化层1之间，完成海水的输送；随后，光热转化层1基于CuInSe2/MXene纳米复合材料膜优异的吸光性能，吸收宽波段(300～1200nm)的太阳光，将之高效地转化为热能，并将热能传导给输水层2与光热转化层1之间的待淡化水体5，使之升温蒸发；支撑层3所采用的聚苯乙烯泡沫(EPS)具有极低的热传导率，在光热转化层1进行蒸发海水时，支撑层3能够有效地阻止热量向下方水体中散失，有利于热量在光热转化层1与输水层2之间聚集，增强了局域热效应，更大程度地利用热能进行海水蒸发；最后，蒸发后的水冷凝，即可得到淡化的水。
接下来，通过本发明实施例的海水淡化结构与两个对比例进行对比，来进一步说明本实施例基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构的海水淡化效果。
对比例1：基于纯CuInSe2纳米材料的海水淡化结构
在本实验过程中，基于纯CuInSe2纳米材料的海水淡化结构的制备过程如下：
首先，将计算并称量好的0.3410g二水合氯化铜、0.5865g四水合氯化铟、0.3158g硒粉放入100ml烧杯中，使用移液管向装有上述三种反应物的烧杯中加入30ml无水乙二胺，将其置于磁力搅拌器上以600r/min的转速搅拌10min，并放入超声清洗器中震荡30min后再次搅拌2h；然后将搅拌后的溶液与形成的沉淀一并倒入50ml聚四氟乙烯反应器中，加入无水乙二胺定容至容积的2/3，放入高温反应釜并置于180℃恒温鼓风干燥箱保温18h；反应结束后将反应釜取出并冷却至室温，将悬液倒入离心管以6000r/min的转速离心5min，使粉末与废液分离；之后依次用去离子水、无水乙醇洗涤所生成的粉末三次，在每次洗涤时，离心管的转速分别为5000r/min、7000r/min、7000r/min；最后用铝箔将离心管封口，并将其置入真空干燥箱，在60℃下保温6h，得到CuInSe2黑色粉体。
接着，准确称量10mgCuInSe2粉体，将其置于去离子水中超声振荡分散均匀，然后真空抽滤到多孔基底膜上(直径50mm，孔径0.22μm)，得到基于CuInSe2材料的光热转化层，即CuInSe2纳米材料膜，请参见图3，图3是对比例1制备的CuInSe2纳米材料膜的表面SEM照片；将棉质纤维滤纸制成直径50mm，中部带有一个圆孔(孔径18mm)的输水层；将聚苯乙烯泡沫(EPS)制成直径50mm，中部带有一个圆孔(孔径18mm)的支撑层；将棉质纤维滤纸制成20条宽4mm、长12cm的输水带，并将输水带中部扭曲在一起，上端分散地铺设在输水层与光热转化层之间，下端穿过输水层和支撑层，呈树根状散布在待淡化水体中；最后将光热转化层、输水带上端、输水层、支撑层及输水带下端从上到下依次叠加，得到对比例1中所使用的基于纯CuInSe2纳米材料的海水淡化结构。
在海水淡化过程中，使用初始质量分数为3.5％的NaCl溶液作为模拟海水溶液，在太阳模拟器辐射强度为1kw/m2的条件下进行海水淡化性能测试。请参见图5，图5是对比例1、对比例2和本发明实施例的基于不同纳米材料膜形成的海水淡化结构在阳光下的水体失重变化曲线。如图所示，在60min海水淡化处理之后，海水质量变化为1.709g。请参见图6，图6是对比例1、对比例2和本发明实施例的基于不同纳米材料膜形成的海水淡化结构在阳光下的海水淡化速率柱形图。经计算，对比例1的基于纯CuInSe2纳米材料的海水淡化结构的海水淡化速率为1.3599kg/(m2·h)。
对比例2：基于纯MXene纳米材料的海水淡化结构
在本实验过程中，基于纯MXene纳米材料的海水淡化结构的制备过程如下：
首先，在50ml聚四氟乙烯容器中将计算并称量好的2gLiF缓慢加入到20ml浓度为9mol/L的盐酸(HCl)溶液中，搅拌10min，得到盐酸与LiF的混合溶液；缓慢加入2g预先准备好的Ti3AlC2粉体，在35℃下以300r/min搅拌24h；搅拌24h后，用去离子水冲洗数次，摇匀2min，以3500r/min的转速离心两分钟，直到上清液pH>6；在最后一次离心后，将制备好的Ti3C2沉淀物分散至300ml去离子水中，采用真空脱气工艺除氧2h，超声1h，以3500r/h的转速离心1h；最后，收集上清液d-Ti3C2，干燥后即可得到MXene粉体。
准确称量10mgMXene粉体，将其置于去离子水中超声振荡分散均匀，然后真空抽滤到多孔基底膜上(直径50mm，孔径0.22μm)，得到基于纯MXene纳米材料的光热转化层，即MXene纳米材料膜，请参见图4，图4是对比例2制备的MXene纳米材料膜的表面SEM照片；将棉质纤维滤纸制成直径50mm，中部带有一个圆孔(孔径18mm)的输水层；将聚苯乙烯泡沫(EPS)制成直径50mm，中部带有一个圆孔(孔径18mm)的支撑层；将棉质纤维滤纸制成20条宽4mm、长12cm的输水带，并将输水带中部扭曲在一起，上端分散在输水层与光热转化层之间，下端穿过输水层和支撑层，呈树根状散布在待淡化水体中；最后将光热转化层、输水带上端、输水层、支撑层及输水带下端从上到下依次叠加，得到对比例2中所使用的基于纯MXene纳米材料的海水淡化结构。
在海水淡化过程中，同样使用初始质量分数为3.5％的NaCl溶液作为模拟海水溶液，在太阳模拟器辐射强度为1kw/m2的条件下进行海水淡化性能测试。请参见图5，在NaCl溶液质量随时间的失重变化曲线中，在60min海水淡化处理之后，海水质量变化为1.707g。请参见图6，经计算，对比例2的基于纯MXene纳米材料的海水淡化结构的海水淡化速率为1.3584kg/(m2·h)。
本发明实施例：基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构
在本实验过程中，依据上述实施例中所述的步骤，按相同质量配比，分别制备与上述材料相同成分的CuInSe2与MXene粉体；将计算并称量好的3gCuInSe2粉体与7gMXene粉体材料置于去离子水中，经超声振荡混合均匀后真空抽滤到多孔基底膜上(直径50mm，孔径0.22μm)，得到m(CuInSe2)：m(MXene)＝3:7的CuInSe2/MXene纳米复合材料膜(光热转化层)。同理，分别制备m(CuInSe2)：m(MXene)＝4:6、5:5、6:4、7:3的CuInSe2/MXene纳米复合材料膜。
接着，将棉质纤维滤纸制成直径50mm，中部带有一个圆孔(孔径18mm)的输水层；将聚苯乙烯泡沫(EPS)制成直径50mm，中部带有一个圆孔(孔径18mm)的支撑层；将棉质纤维滤纸制成20条宽4mm、长12cm的输水带，并将输水带中部扭曲在一起，上端分散在输水层与光热转化层之间，下端穿过输水层和支撑层，呈树根状散布在待淡化水体中；将光热转化层、输水带上端、输水层、支撑层及输水带下端从上到下依次叠加，得到5种CuInSe2和MXene具有不同比例的基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构。
在海水淡化过程中，用初始质量分数为3.5％的NaCl溶液作为模拟海水溶液，在太阳模拟器辐射强度为1kw/m2的条件下进行海水淡化性能测试。请参见图5，在NaCl溶液质量随时间的失重变化曲线中，m(CuInSe2)：m(MXene)＝3:7、4:6、5:5、6:4、7:3的海水淡化结构的海水质量变化分别为1.846g、1.857g、1.856g、1.838g、1.860g。接着，请参见图6，经计算，m(CuInSe2)：m(MXene)＝3:7、4:6、5:5、6:4、7:3的海水淡化结构的海水淡化速率分别为1.4690kg/(m2·h)、1.4778kg/(m2·h)、1.4770kg/(m2·h)、1.4626kg/(m2·h)、1.4801kg/(m2·h)。
通过本发明实施例的基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构与对比例1和对比例2的海水淡化结构的海水淡化速率的对比，可以看出，本实施例的基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构在各种不同的CuInSe2和MXene比例的情况下，其海水淡化速率均高于对比例1的基于纯CuInSe2纳米材料的海水淡化结构和对比例2的基于纯MXene纳米材料的海水淡化结构。
综上，本实施例的基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构具有较宽泛的太阳光吸收范围，高效的光热转化性能以及优良的局域热效应，在提高了太阳能到热能的转化率的同时，也提高了热能的利用率，并且整个结构设计简洁明了，使用性能稳定，具备广阔的应用前景。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构，其特征在于，包括光热转化层(1)、输水层(2)、支撑层(3)和输水带(4)，其中，
所述光热转化层(1)、所述输水层(2)和所述支撑层(3)自上而下依次设置；
所述输水带(4)的上端穿过所述支撑层(3)和所述输水层(2)并固定在所述输水层(2)的上表面，所述输水带(4)的下端自由延伸至待淡化水体(5)中；
所述支撑层(3)为泡沫材料，用于支撑所述光热转化层(1)和所述输水层(2)；所述输水层(2)和所述输水带(4)均为亲水材料，所述输水带(4)用于将所述待淡化水体(5)输送至所述输水层(2)，所述输水层(2)用于存储所述待淡化水体(5)；所述光热转化层(1)包括CuInSe2/MXene纳米复合材料膜，用于吸收光能并将其转化为热能，以使所述待淡化水体升温蒸发。
2.根据权利要求1所述的一种基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构，其特征在于，所述输水层(2)和所述支撑层(3)的中心部均开设有通孔(7)，所述输水带(4)的上端依次穿过所述支撑层(3)和所述输水层(2)的所述通孔(7)并固定在所述输水层(2)的上表面。
3.根据权利要求2所述的一种基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构，其特征在于，所述输水带(4)包括多条带状亲水性纤维(41)，所述多条带状亲水性纤维(41)的上端呈散射状分布在所述输水层(2)的上表面，下端呈树根状散布在所述待淡化水体中。
4.根据权利要求1所述的一种基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构，其特征在于，所述支撑层(3)由聚苯乙烯泡沫制成。
5.根据权利要求1所述的一种基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构，其特征在于，所述光热转化层(1)、所述输水层(2)和所述支撑层(3)均为直径相同的圆盘状结构。
6.根据权利要求1所述的一种基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构，其特征在于，所述CuInSe2/MXene纳米复合材料膜由CuInSe2材料与MXene材料复合成，且CuInSe2材料与MXene材料的质量比为1:0.4至1:2.5。
7.根据权利要求6所述的一种基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构，其特征在于，所述CuInSe2/MXene纳米复合材料膜的制备过程包括：
将CuInSe2粉体与MXene粉体在去离子水中超声振荡混合均匀；
将混合均匀的粉体真空抽滤在多孔基底膜上，得到所述CuInSe2/MXene纳米复合材料膜。
8.根据权利要求6所述的一种基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构，其特征在于，所述MXene材料为Ti3C2。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的一种基于CuInSe2/MXene纳米复合材料的海水淡化结构，其特征在于，所述CuInSe2材料以二水合氯化铜、四水合氯化铟作为铜源和铟源，硒单质粉末作为硒源进行制备，其中，所述二水合氯化铜、所述四水合氯化铟和所述硒单质粉末的摩尔比为1.05:1:2.08。
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