CN114772670B - 一种蒸发器及其制造方法、海水淡化装置 - Google Patents

一种蒸发器及其制造方法、海水淡化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蒸发器及其制造方法、海水淡化装置，该蒸发器包括：泡沫铜基底(1)、吸光材料(2)、吸水绝缘体(3)，所述泡沫铜基底(1)的上表面蒸镀有吸光材料(2)，下表面连接有吸水绝缘体(3)。本发明与现有太阳能界面蒸发装置相比，借助吸水绝缘体能够将海水中的杂质过滤掉，利用多孔结构的泡沫铜基底能够提高海水的蒸发效率，结合特制的吸光材料能够实现更高的光热转换效率。

Description

一种蒸发器及其制造方法、海水淡化装置
技术领域
本发明涉及太阳能界面蒸发材料领域，更具体地，涉及一种蒸发器及其制造方法、海水淡化装置。
背景技术
淡水资源危机是一个世界性的问题，其主要表现为淡水资源的短缺和严重的污染，但是地球上的海水资源十分丰富，约占全球水资源总量的97.5％，海水淡化将是解决淡水危机的最有潜力的方式之一。太阳能作为一种储量丰富、清洁、可再生的能源，受到人们的广泛关注，将太阳能和海水淡化技术进行融合是一条非常有前景的技术发展之路。
利用太阳能热辐射蒸馏方法促进水分蒸发，是传统太阳能海水淡化方法，但该系统庞大，结构复杂，操作成本高，难以在偏远的离散海岛地区推广应用。基于纳米材料的表面等离子共振效应，纳米颗粒具有优异的太阳能光热转换效率，但这种液相太阳能蒸发技术中，材料位于水体底部或水体内部，材料与水体直接接触，材料吸收太阳能后转换的热能不可避免地向整个水体传递，由于需要加热整个水体，能量损失增加，导致能量的有效利用率降低，从而导致产水量低。将热量集中在气液界面局域加热的概念在2014年由美国麻省理工大学陈刚院士的团队提出，这种通过毛细材料提供蒸发水的方法能使得太阳能只加热气液界面一个薄薄的水层，从而降低了热损失使得气液界面的温度上升，蒸发速率和能量利用效率均极大地提高。
现有技术公开了一种太阳能界面蒸发结构及其制备方法，该发明采用漂浮在水面的隔热泡沫层、嵌入隔热泡沫层的穗轴和穗轴顶端和侧面包裹的光热转换层作为蒸发结构，所述穗轴用于向蒸发表面供水，所述光热转换层为炭黑-乙酸纤维素薄膜，用于光吸收与水分蒸发。同时介绍了该光热转换层的制造方法：制备二甲基乙酰胺溶液，加入乙酸纤维素搅拌后形成乙酸纤维素溶胶，再加入炭黑粉末搅拌静置后得到炭黑-乙酸纤维素溶胶，将该溶胶涂抹在穗轴顶端和侧面，滴入去离子水后形成光热转换层。该发明的缺陷是，无法过滤污染物和细菌，碳基吸光材料仅能对太阳光进行一次吸收，光热转换效率不高。
为此，结合以上需求和现有技术缺陷，本申请提出了一种蒸发器及其制造方法、海水淡化装置。
发明内容
本发明为克服上述现有的太阳能蒸发技术所述的太阳能有效利用率低、光热转换效率低、蒸发速率低以及产出淡水带有一定量杂质的问题，提供了一种蒸发器及其制造方法、海水淡化装置。
本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种蒸发器，包括：
泡沫铜基底，所述泡沫铜基底内部开设有相互连通的孔洞，其上表面密封，下表面及侧面均设有通孔，所述通孔与内部的孔洞相连通。
吸光材料，所述吸光材料蒸镀在泡沫铜基底的上表面。
吸水绝缘体，所述吸水绝缘体的顶端组合在泡沫铜基底的下表面处。
其中，由于泡沫铜本身具备的疏水性能，由吸水绝缘体通过毛细作用运输的水分只会停留在泡沫铜基底和吸水绝缘体的界面处，不会进入泡沫铜内，避免了不必要的能量损失，提高了海水蒸发效率。
其中，所述吸光材料为仿生结构一维光子晶体薄膜，太阳光照射到该结构，大部分太阳辐射被高吸光性的材料吸收后，剩余未被吸收的部分会在一维光子晶体薄膜结构内发生干涉相消效应，诱导光子局域化，光能进一步转换为热能，提高了光热转换效率，从而提高海水的蒸发效率。
进一步的，所述吸水绝缘体包括三聚氰胺泡沫和亲水PTFE液体除菌过滤膜，所述三聚氰胺泡沫用于吸取海水和起到热绝缘的作用，避免了不必要的能量损失，所述亲水PTFE液体除菌过滤膜用于过滤海水中的污染物、杂质和细菌。
其中，亲水PTFE液体除菌过滤膜具有高过滤精度和高通量等优势，能够实现高效过滤海水中的污染物杂质和细菌，而且由于亲水PTFE液体除菌过滤膜具备耐化学腐蚀性优异、耐热性好、极低吸附性、强度高和不易脱落等性能，能够保证吸水绝缘体拥有更长的使用寿命，也不会污染海水淡化装置，确保了该装置的可持续性利用。
本发明第二方面提供了一种蒸发器的制造方法，包括以下步骤。
S1、对泡沫铜基底进行预处理。
S2、制备Ti2O3溶胶。
S3、制备CuS溶胶。
S4、使用Ti2O3溶胶和CuS溶胶采用旋涂法在泡沫铜基底的上表面制备吸光材料。
S5、制备吸水绝缘体。
S6、将吸水绝缘体和上表面制备有吸光材料的泡沫铜基底组合，完成蒸发器的制造。
进一步的，步骤S1中所述对泡沫铜基底进行预处理的过程，具体如下：
S1-1、将特殊结构的泡沫铜基底置于盐酸溶液中进行超声清洗2分钟。
S1-2、将泡沫铜基底置于无水乙醇中进行超声清洗5分钟。
S1-3、将泡沫铜基底置于去离子水中进行超声清洗5分钟。
S1-4、将清洗后的泡沫铜基底烘干备用。
其中，所述泡沫铜基底的结构为，整体呈方块形状，泡沫铜的上表面密封，内部分布有大量相互连通的孔洞，泡沫铜的下表面和若干个侧面都带有通孔，所述通孔和泡沫铜内部的孔洞相连通。
其中，进行处理的泡沫铜基底分为两种，一种泡沫铜基底的四个侧面都开设有通孔；另一种泡沫铜基底的侧面是只两个相邻的侧面设有通孔，对立的另外两个相邻的侧面密封。
进一步的，所述步骤S2包括：
S2-1、采用纳米级Ti2O3粉末作为分散相，去离子水作为分散介质，混合成分散体系。
S2-2、向分散体系中加入醚基羧酸酯类减水剂，使用超声清洗机辅助分散，得到稳定的Ti2O3溶胶。
其中，所述醚基羧酸酯类减水剂用于充当分散助剂的作用，使分散体系分散得更加均匀。
进一步的，所述步骤S3包括：
S3-1、采用纳米级CuS粉末作为分散相，去离子水作为分散介质，混合成分散体系。
S3-2、向分散体系中加入萘系高效减水剂，使用超声清洗机辅助分散，得到稳定的CuS溶胶。
其中，所述萘系高效减水剂用于充当分散助剂的作用，使CuS分散体系分散得更加均匀。
进一步的，步骤S4中，所述制备吸光材料的具体步骤为：
S4-1、将预处理后的泡沫铜基底固定在台式匀胶机上，启动电机，用移液枪吸取少量CuS溶胶滴到泡沫铜基底，设定台式匀胶机的转速持续30s进行第一层旋涂。
S4-2、第一层旋涂完成后，将涂有CuS薄膜的泡沫铜基底在电阻炉中预热10分钟后，置入箱式气氛电阻炉进行一小时的高温退火，同时通入氮气防止CuS薄膜被高温氧化，完成第一层退火，等待炉温降低至100℃后取出泡沫铜基底。
S4-3、将已经镀有CuS薄膜的泡沫铜基底固定在台式匀胶机上，启动电机，用移液枪吸取少量Ti2O3溶胶滴到泡沫铜基底，设定台式匀胶机的转速持续30s进行第二层旋涂。
S4-4、第二层旋涂完成后，将涂有Ti2O3薄膜的泡沫铜基底在电阻炉中预热10分钟后，置入箱式气氛电阻炉进行一小时的高温退火，同时通入氮气防止Ti2O3薄膜被高温氧化，完成第二层退火，等待炉温降低至100℃后取出泡沫铜基底。
S4-5、重复步骤S4-1到步骤S4-4，再交替旋涂一层CuS薄膜和一层Ti2O3薄膜，完成吸光材料的制备。
其中，Ti2O3是高吸光率材料，CuS是低折射率材料，入射光的大部分在Ti2O3层被吸收后，剩余部分会在CuS层处发生反射和小部分的折射，反射的部分会发生干涉相消效应，进一步将入射光的光能转换为热能，达到更高的光热转换效率。
进一步的，步骤S4-1中所述台式匀胶机转速为2500rpm，步骤S4-3中所述台式匀胶机转速为3000rpm；所述箱式气氛电阻炉的预热温度为60℃，退火温度为500℃。
进一步的，所述步骤S5，具体为：
S5-1、清洁预设形状和尺寸的三聚氰胺泡沫及亲水PTFE液体除菌过滤膜，等待外表面干燥。
S5-2、在亲水PTFE液体除菌过滤膜的一面涂上水性胶水，使用烘干设备烘干。
S5-3、将涂有烘干水性胶水的亲水PTFE液体除菌过滤膜贴合在三聚氰胺泡沫的外表面，使用高速贴合机排出贴合面的空气。
S5-4、对贴合后的三聚氰胺泡沫和亲水PTFE液体除菌过滤膜进行加热并加压，得到紧密贴合的吸水绝缘体。
其中，所述高速覆膜机是用于使用贴合轮对过滤膜和三聚氰胺泡沫的贴合面施加坚实且均匀的压力，使二者更紧密地贴合，避免空气包覆进去。
其中，对贴合后的三聚氰胺泡沫和亲水PTFE液体除菌过滤膜进行加热并加压的目的是使贴合面的胶水熔化，使二者贴合更加紧密。
本发明第三方面提供了一种海水淡化装置，所述海水淡化装置采用上述的蒸发器。
其中，四个侧面都开有通孔的蒸发器设置在海水淡化装置的中央，只有相邻两侧开设有通孔的蒸发器设置在海水淡化装置的四个顶角，所述蒸发器的顶端均齐平。每个侧面的两个蒸发器之间设置有冷凝器。
其中，吸水绝缘体运送的水分到达泡沫铜基底和吸水绝缘体的界面处发生蒸发，蒸发产生的蒸汽通过泡沫铜基底侧面开设的通孔逸出至冷凝器中。由于搬运的水分没有直接进入泡沫铜基底内部，产生的蒸汽只经过很短的距离就进入冷凝器冷凝成淡水，不会进一步吸收热量，避免了不必要的能量损失，从而增加了产水量。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提供的蒸发器通过吸水绝缘体能够将海水中的杂质过滤掉，利用多孔结构的泡沫铜基底能够提高海水的蒸发效率，同时还能减少能量损失，结合特制的吸光材料能够实现更高的光热转换效率。
附图说明
图1为本发明中蒸发器的结构示意图。
图2为本发明中吸光材料的结构示意图。
图3为本发明中海水淡化装置的结构示意图。
图4为本发明中泡沫铜基底下表面和侧面的示意图。
图5为本发明中泡沫铜基底上表面和侧面的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
如图1，本发明提供了一种蒸发器，具体的，包括：
泡沫铜基底1，如图4-图5所示，所述泡沫铜基底1内部开设有相互连通的孔洞，其上表面密封，下表面及侧面均设有通孔，所述通孔与内部的孔洞相连通。
吸光材料2，所述吸光材料2蒸镀在泡沫铜基底1的上表面。
吸水绝缘体3，所述吸水绝缘体3的顶端组合在泡沫铜基底1的下表面处。
其中，由于泡沫铜本身具备的疏水性能，由吸水绝缘体3通过毛细作用运输的水分只会停留在泡沫铜基底1和吸水绝缘体3的界面处，不会进入泡沫铜内，避免了不必要的能量损失，提高了海水蒸发效率。
其中，所述吸光材料2为仿生结构一维光子晶体薄膜，太阳光照射到该结构，大部分太阳辐射被高吸光性的材料吸收后，剩余未被吸收的部分会在一维光子晶体薄膜结构内发生干涉相消效应，诱导光子局域化，光能进一步转换为热能，从而提高海水的蒸发效率。
进一步的，所述吸水绝缘体3包括三聚氰胺泡沫和亲水PTFE液体除菌过滤膜，所述三聚氰胺泡沫用于吸取海水和起到热绝缘的作用，所述亲水PTFE液体除菌过滤膜用于过滤海水中的污染物、杂质和细菌。
其中，亲水PTFE液体除菌过滤膜具有高过滤精度和高通量等优势，能够实现高效过滤海水中的污染物杂质和细菌，而且由于亲水PTFE液体除菌过滤膜具备耐化学腐蚀性优异、耐热性好、极低吸附性、强度高和不易脱落等性能，能够保证吸水绝缘体拥有更长的使用寿命，也不会污染海水淡化装置，确保了该装置的可持续性利用。
太阳光照射在吸光材料2上，大部分光能直接被高吸光性的层吸收转换为热能，小部分光能经过低折射率的层反射后发生干涉相消效应，减弱的光能转化为热能被进一步吸收。吸光材料2产生的热能被泡沫铜基底1吸收后用于海水蒸发。吸水绝缘体3将海水通过毛细作用搬运至泡沫铜基底1的下表面处，吸收了热能的泡沫铜基底1将海水蒸发，蒸发产生的蒸汽通过泡沫铜基底1下表面的通孔向上流动入泡沫铜基底1的内部，然后通过侧面开设的通孔逸出。
实施例2
基于上述实施例1，本发明提供了一种蒸发器的制造方法，其中吸光材料2的结构如图2所示。具体的，包括以下步骤：
S1、对泡沫铜基底1进行预处理。
S2、制备Ti2O3溶胶。
S3、制备CuS溶胶。
S4、使用Ti2O3溶胶和CuS溶胶采用旋涂法在泡沫铜基底的上表面制备吸光材料2。
S5、制备吸水绝缘体3。
S6、将吸水绝缘体3和上表面制备有吸光材料2的泡沫铜基底1组合，完成蒸发器的制造。
进一步的，步骤S1中所述对泡沫铜基底1进行预处理的过程，具体如下：
S1-1、将特殊结构的泡沫铜基底1置于盐酸溶液中进行超声清洗2分钟。
S1-2、将泡沫铜基底1置于无水乙醇中进行超声清洗5分钟。
S1-3、将泡沫铜基底1置于去离子水中进行超声清洗5分钟。
S1-4、将清洗后的泡沫铜基底1烘干备用。
其中，所述泡沫铜基底1的结构为，整体呈方块形状，泡沫铜的上表面密封，内部分布有大量相互连通的孔洞，泡沫铜的下表面和若干个侧面都带有通孔，所述通孔和泡沫铜内部的孔洞相连通。
在一个具体的实施例中，将特殊结构的泡沫铜基底1置于3％浓度的盐酸溶液中，设定超声功率70W，对泡沫铜基底1超声清洗2min，然后再分别置于无水乙醇和去离子水中超声清洗5min，再烘干备用。
其中，进行处理的泡沫铜基底1分为两种，一种泡沫铜基底1的四个侧面都开设有通孔；另一种泡沫铜基底1的侧面是只两个相邻的侧面设有通孔，对立的另外两个相邻的侧面密封。
进一步的，所述步骤S2包括：
S2-1、采用纳米级Ti2O3粉末作为分散相，去离子水作为分散介质，混合成分散体系。
S2-2、向分散体系中加入醚基羧酸酯类减水剂，使用超声清洗机辅助分散，得到稳定的Ti2O3溶胶。
其中，所述醚基羧酸酯类减水剂用于充当分散助剂的作用，使分散体系分散得更加均匀。在一个具体的实施例中，所述醚基羧酸酯类减水剂是FS10。
进一步的，所述步骤S3包括：
S3-1、采用纳米级CuS粉末作为分散相，去离子水作为分散介质，混合成分散体系。
S3-2、向分散体系中加入萘系高效减水剂，使用超声清洗机辅助分散，得到稳定的CuS溶胶。
其中，所述萘系高效减水剂用于充当分散助剂的作用，使CuS分散体系分散得更加均匀。在一个具体的实施例中，所述萘系高效减水剂是FDN3000。
进一步的，步骤S4中，所述制备吸光材料2的具体步骤为：
S4-1、将预处理后的泡沫铜基底1固定在台式匀胶机上，启动电机，用移液枪吸取少量CuS溶胶滴到泡沫铜基底1，设定台式匀胶机的转速持续30s进行第一层旋涂。
S4-2、第一层旋涂完成后，将涂有CuS薄膜的泡沫铜基底1在电阻炉中预热10分钟后，置入箱式气氛电阻炉进行一小时的高温退火，同时通入氮气防止CuS薄膜被高温氧化，完成第一层退火，等待炉温降低至100℃后取出泡沫铜基底1。
S4-3、将已经镀有CuS薄膜的泡沫铜基底1固定在台式匀胶机上，启动电机，用移液枪吸取少量Ti2O3溶胶滴到泡沫铜基底1，设定台式匀胶机的转速持续30s进行第二层旋涂。
S4-4、第二层旋涂完成后，将涂有Ti2O3薄膜的泡沫铜基底1在电阻炉中预热10分钟后，置入箱式气氛电阻炉进行一小时的高温退火，同时通入氮气防止Ti2O3薄膜被高温氧化，完成第二层退火，等待炉温降低至100℃后取出泡沫铜基底1。
S4-5、重复步骤S4-1到步骤S4-4，再交替旋涂一层CuS薄膜和一层Ti2O3薄膜，完成吸光材料2的制备。
其中，Ti2O3是高吸光率材料，CuS是低折射率材料，入射光的大部分在Ti2O3层被吸收后，剩余部分会在CuS层处发生反射和小部分的折射，反射的部分会发生干涉相消效应，进一步将入射光的光能转换为热能，达到更高的光热转换效率。
在一个具体的实施例中，入射光被第一Ti2O3层吸收后，剩余部分中的大部分在第一CuS层发生反射并发生干涉相消效应，剩余部分的小部分经过第一CuS层折射后被第二Ti2O3层吸收，只有极小部分入射光能透过第二Ti2O3层，这部分入射光还会在第二CuS层处发生反射和干涉相消效应，这种双重吸收结构能使光热转换效率最大化。
进一步的，步骤S4-1中所述台式匀胶机转速为2500rpm，步骤S4-3中所述台式匀胶机转速为3000rpm；所述箱式气氛电阻炉的预热温度为60℃，退火温度为500℃。
在一个具体的实施例中，将准备好的泡沫铜基底1固定在台式匀胶机上，然后启动电机，用移液枪吸取少量配好的CuS溶胶滴到基片上，待其分散后，设定匀胶机的转速为2500rpm和持续时间为30s，开始旋转样品；旋涂完成后，将涂覆的薄膜在电阻炉60℃温度下预热处理10分钟，紧接着将样品放入气氛炉中进行高温退火，退火过程中通入氮气防止CuS被高温氧化，设定退火温度为500℃，持续1小时，一小时后，待炉温降至100摄氏度以下后将其取出。然后，再次将已经镀有CuS薄膜的泡沫铜基底固定到台式匀胶机上，同样地，启动电机，用移液枪吸取少量配好的Ti2O3溶胶滴到基片上，待其分散后，设定匀胶机的转速为3000rpm和持续时间为30s，开始旋转样品；旋涂完成后，将涂覆的薄膜在电阻炉60℃温度下预热处理10分钟，紧接着将样品放入气氛炉中进行高温退火，退火过程中通入氮气防止Ti2O3被高温氧化，设定退火温度为500℃，持续1小时，一小时后，待炉温降至100摄氏度以下后将其取出；然后，使用镀有薄膜的基底，重复上述步骤，再交替旋涂一层CuS薄膜和一层Ti2O3薄膜，完成了吸光材料2一维光子晶体薄膜的制备。
进一步的，所述步骤S5，具体为：
S5-1、清洁预设形状和尺寸的三聚氰胺泡沫及亲水PTFE液体除菌过滤膜，等待外表面干燥。
S5-2、在亲水PTFE液体除菌过滤膜的一面涂上水性胶水，使用烘干设备烘干。
S5-3、将涂有烘干水性胶水的亲水PTFE液体除菌过滤膜贴合在三聚氰胺泡沫的外表面，使用高速贴合机排出贴合面的空气。
S5-4、对贴合后的三聚氰胺泡沫和亲水PTFE液体除菌过滤膜进行加热并加压，得到紧密贴合的吸水绝缘体3。
其中，所述高速覆膜机是用于使用贴合轮对过滤膜和三聚氰胺泡沫的贴合面施加坚实且均匀的压力，使二者更紧密地贴合，避免空气包覆进去。
其中，对贴合后的三聚氰胺泡沫和亲水PTFE液体除菌过滤膜进行加热并加压的目的是使贴合面的胶水熔化，使二者贴合更加紧密。
在一个具体的实施例中，用布沾取1：1比例的IPA与水的混合液对三聚氰胺泡沫外表面和亲水PTFE液体除菌过滤膜表面进行擦拭清洁后，待表面完全干燥；然后在亲水PTFE液体除菌过滤膜的一面均匀涂上水性胶水，使用烘干设备烘干；将涂有烘干的水性胶水的亲水PTFE液体除菌过滤膜以由点到线至面的贴合方式贴合到三聚氰胺泡沫的外表面；利用高速覆膜机的贴合轮施加坚实且均匀的压力，确保亲水PTFE液体除菌过滤膜的胶面与三聚氰胺泡沫外表面紧密贴合，避免空气被包覆其中；最后对贴合后的三聚氰胺泡沫和亲水PTFE液体除菌过滤膜进行加热并加压，得到紧密贴合的吸水绝缘体3。
实施例3
基于上述实施例1和2，本发明提供了一种海水淡化装置，其中该海水淡化装置放置在海水箱中的内部结构如图3所示。
一种海水淡化装置，所述海水淡化装置采用了上述的蒸发器。
其中，四个侧面都开有通孔的蒸发器设置在海水淡化装置的中央，只有相邻两侧开设有通孔的蒸发器设置在海水淡化装置的四角，所述蒸发器的顶端均齐平。各个相邻的蒸发器之间安置有冷凝器。
其中，吸水绝缘体3运送的水分到达泡沫铜基底1和吸水绝缘体3的界面处发生蒸发，蒸发产生的蒸汽通过泡沫铜基底侧面开设的通孔逸出至冷凝器中。由于搬运的水分没有直接进入泡沫铜基底内部，产生的蒸汽只经过很短的距离就进入冷凝器冷凝成淡水，不会进一步吸收热量，避免了不必要的能量损失，从而增加了产水量。
在一个具体的实施例中，海水通过海水入口进入海水箱，进入海水箱的海水会浸没吸水绝缘体3。然后，海水箱中的五个吸水绝缘体利用毛细作用将海水运输到吸水绝缘材料3与泡沫铜基底1的界面处；太阳光照射到泡沫铜基底1的上表面，通过高光热转换效率的吸光材料2和光干涉相消的双重作用，太阳光几乎被全范围吸收后转换成热能，然后热能通过泡沫铜基底1传递到吸水绝缘体3与泡沫铜基底1的界面处来加热海水，海水受热蒸发产生蒸汽，蒸汽先通过泡沫铜基底1的下表面通孔向上流动，然后从泡沫铜侧面逸出至冷凝室冷凝成淡水。
附图中描述结构位置关系的图标仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种海水淡化装置，其特征在于，四个侧面都开有通孔的蒸发器设置在海水淡化装置的中央，只有相邻两侧开设有通孔的蒸发器设置在海水淡化装置的四角，所述蒸发器的顶端均齐平；各个相邻的蒸发器之间安置有冷凝器，所述冷凝器的顶部与蒸发器的顶端齐平且密封；
所述蒸发器包括有：泡沫铜基底（1），所述泡沫铜基底（1）内部开设有相互连通的孔洞，其上表面密封，下表面及侧面均设有通孔，所述通孔与内部的孔洞相连通；
吸光材料（2），所述吸光材料（2）蒸镀在泡沫铜基底（1）的上表面；所述吸光材料（2）为一维光子晶体薄膜；
吸水绝缘体（3），所述吸水绝缘体（3）的顶端与泡沫铜基底（1）的底面连接；
所述蒸发器的制造方法包括以下步骤：
S1、对泡沫铜基底（1）进行预处理；
S1-1、将泡沫铜基底（1）置于盐酸溶液中进行超声清洗2分钟；
S1-2、将泡沫铜基底（1）置于无水乙醇中进行超声清洗5分钟；
S1-3、将泡沫铜基底（1）置于去离子水中进行超声清洗5分钟；
S1-4、将清洗后的泡沫铜基底（1）烘干备用；
S2、制备溶胶；
S3、制备CuS溶胶；
S4、使用溶胶和CuS溶胶采用旋涂法在泡沫铜基底（1）的上表面制备吸光材料（2）；所述吸光材料（2）为一维光子晶体薄膜；
S4-1、将预处理后的泡沫铜基底（1）固定在台式匀胶机上，启动电机，用移液枪吸取少量CuS溶胶滴到泡沫铜基底（1），设定台式匀胶机的转速持续30s进行第一层旋涂；
S4-2、第一层旋涂完成后，将涂有CuS薄膜的泡沫铜基底（1）在电阻炉中预热10分钟后，置入箱式气氛电阻炉进行一小时的高温退火，同时通入氮气防止CuS薄膜被高温氧化，完成第一层退火，等待炉温降低至100℃后取出泡沫铜基底（1）；
S4-3、将已经镀有CuS薄膜的泡沫铜基底（1）固定在台式匀胶机上，启动电机，用移液枪吸取少量溶胶滴到泡沫铜基底（1），设定台式匀胶机的转速持续30s进行第二层旋涂；
S4-4、第二层旋涂完成后，将涂有薄膜的泡沫铜基底（1）在电阻炉中预热10分钟后，置入箱式气氛电阻炉进行一小时的高温退火，同时通入氮气防止/>薄膜被高温氧化，完成第二层退火，等待炉温降低至100℃后取出泡沫铜基底（1）；
S4-5、重复步骤S4-1到步骤S4-4，再交替旋涂一层CuS薄膜和一层薄膜，完成吸光材料（2）的制备；
S5、制备吸水绝缘体（3）；
S6、将吸水绝缘体（3）和上表面制备有吸光材料（2）的泡沫铜基底（1）组合，完成蒸发器的制造。
2.根据权利要求1所述一种海水淡化装置，其特征在于，所述吸水绝缘体（3）包括三聚氰胺泡沫和亲水PTFE液体除菌过滤膜，所述亲水PTFE液体除菌过滤膜包裹在所述三聚氰胺泡沫的外表面，所述三聚氰胺泡沫用于吸取海水和起到热绝缘的作用，所述亲水PTFE液体除菌过滤膜用于过滤海水中的污染物、杂质和细菌。
3.根据权利要求1所述的一种海水淡化装置，其特征在于，所述步骤S2包括：
S2-1、采用纳米级粉末作为分散相，去离子水作为分散介质，混合成分散体系；
S2-2、向分散体系中加入醚基羧酸酯类减水剂，使用超声清洗机辅助分散，得到稳定的溶胶。
4.根据权利要求1所述的一种海水淡化装置，其特征在于，所述步骤S3包括：
S3-1、采用纳米级CuS粉末作为分散相，去离子水作为分散介质，混合成分散体系；
S3-2、向分散体系中加入萘系高效减水剂，使用超声清洗机辅助分散，得到稳定的CuS溶胶。
5.根据权利要求1所述的一种海水淡化装置，其特征在于，步骤S4-1中所述台式匀胶机转速为2500rpm，步骤S4-3中所述台式匀胶机转速为3000rpm；所述箱式气氛电阻炉的预热温度为60℃，退火温度为500℃。
6.根据权利要求1所述一种海水淡化装置，其特征在于，所述步骤S5，具体为：
S5-1、清洁预设形状和尺寸的三聚氰胺泡沫及亲水PTFE液体除菌过滤膜，等待外表面干燥；
S5-2、在亲水PTFE液体除菌过滤膜的一面涂上水性胶水，使用烘干设备烘干；
S5-3、将涂有烘干水性胶水的亲水PTFE液体除菌过滤膜贴合在三聚氰胺泡沫的外表面，使用高速覆膜机排出贴合面的空气；
S5-4、对贴合后的三聚氰胺泡沫和亲水PTFE液体除菌过滤膜进行加热并加压，得到紧密贴合的吸水绝缘体（3）。
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