CN114870412A - 一种太阳能蒸发器及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能蒸发器及其制备方法和应用，所述太阳能蒸发器由水凝胶基质以及沉积在水凝胶基质底部的光热材料组成；所述光热材料包括硒化锡纳米片、金纳米颗粒或MoS₂中的任意一种。本发明的太阳能蒸发器的蒸发率约为2.20kg·m^‑2·h^‑1，能量转换效率约为91.7％。此外，本发明的太阳能蒸发器的长期太阳能海水蒸发测试显示了其具有超高离子截除率的可持续脱盐的实际潜力，且不会对环境和蒸发的淡水造成任何污染。

Description

一种太阳能蒸发器及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于光热材料技术领域，涉及一种太阳能蒸发器及其制备方法和应用。

背景技术

随着人口的不断增加，工业化和经济的不断发展，人类对淡水的需求越来越大。近年来，由于全球变暖，沿海地区频繁发生极端干旱天气，导致淡水资源短缺。地球淡水资源是有限的，地球上96.5％的水资源是海水，部分淡水资源在工业生产中受到污染。因此，缓解淡水短缺最有效的方法就是通过海水淡化和污水净化来获取淡水。传统的净水技术存在很大的局限性，设备规模大，结构复杂，成本高，能耗大。众所周知，地球上的主要能源是太阳能。直接利用太阳能进行海水淡化和污水处理，可以减少化石能源和电能的消耗，是非常低碳和环保的。总之，开发先进的太阳能净水技术对气候变化、经济发展、水安全等方面都具有重要意义。

太阳能驱动净水的核心单元是蒸发器，利用高效的输水性能和较大的光热效应，可实现高蒸发率。近些年出现的界面式太阳能蒸发器，可以利用漂浮在水面的光吸收膜在海水-空气界面吸收太阳能，从而大大提高了太阳能到水蒸发的能量转换效率。但是，界面式太阳能蒸发器的光热性能与材料本身的光吸收能力密切相关，且有些材料本身也存在盐沉积堵塞、重复利用性差、易造成环境污染等问题，这些因素都限制了界面式蒸发器的发展。

CN111170393A公开了一种具有中空结构的太阳能蒸发器及其制备方法和应用。该发明提供的太阳能蒸发器的内部为中空结构，外部为具有两层结构的壳层，两层结构分别为多孔高分子骨架内层和光热材料形成的外层。该发明所得太阳能蒸发器在模拟太阳光(一个太阳光强：1KW·m^-2)的照射下，蒸发速率最高值可以达到1.476kg·m^-2·h^-1，蒸发效率最高值可以达到92.9％，但其蒸发速率还有待进一步提高。

因此，在本领域中，开发一种具有出色的光热转换能力、强耐盐性、可重复利用且环境友好的太阳能蒸发器，仍然是一个很大的挑战。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种太阳能蒸发器及其制备方法和应用。在本发明中，水凝胶包裹光热材料，形成一层薄薄的多孔结构复杂层，与水凝胶基质无缝连接。在一次太阳照射下，本发明的太阳能蒸发器的蒸发率约为2.20kg·m^-2·h^-1，能量转换效率约为91.7％。此外，本发明的太阳能蒸发器的长期太阳能海水蒸发测试显示了其具有超高离子截除率的可持续脱盐的实际潜力，且不会对环境和蒸发的淡水造成任何污染，是一种新的有效解决当前海水淡化问题的策略。此外，硒化锡纳米片(SnSe NSs)作为一种具有优异性能的吸光添加剂候选材料，这是首次应用在太阳能蒸发器上。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种太阳能蒸发器，所述太阳能蒸发器由水凝胶基质以及沉积在水凝胶基质底部的光热材料组成；

所述光热材料包括硒化锡纳米片、金纳米颗粒、MoS₂中的任意一种。

在本发明中，太阳能蒸发器由水凝胶基质以及沉积在水凝胶基质底部的光热材料组成，水凝胶具有多孔结构、高度可调的柔韧性、弹性和自愈能力、对水蒸气和水分子无阻隔性以及独特的膨胀性能，其主要起到快速传水和机械支撑的作用，光热材料起到吸收太能光、蒸发的作用。

优选地，所述光热材料为硒化锡纳米片。

本发明优选光热材料为硒化锡纳米片，相比于金纳米颗粒或MoS₂，选用硒化锡纳米片作为光热材料，使得太阳能蒸发器具有更好的蒸发性能。

优选地，所述太阳能蒸发器的含水量为70-80％，例如70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％或80％等。

本发明经过实验验证，随着太阳能蒸发器含水量的增加，水凝胶的吸水率增加，力学性能下降；当选用含水率为70-80％的水凝胶作为蒸发器的基质，其具有良好的吸水特性和足够的灵活性，可起到快速传水和机械支撑的作用。

优选地，所述光热材料的粒径为20-300nm，例如20nm、30nm、50nm、80nm、100nm、120nm、130nm、150nm、180nm、200nm、220nm、230nm、250nm、280nm或300nm等。

在本发明中，对沉积在水凝胶基质底部的光热材料的厚度不作具体限制，在水凝胶基质底部能沉积薄薄一层光热材料，即可达到吸收光热的效果。优选地，所述沉积在水凝胶基质底部的光热材料的厚度为50-100μm，例如50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm或100μm等。

优选地，所述金纳米颗粒可以根据现有技术进行制备，也可以直接购买，所述MoS₂可以直接购买。

优选地，所述硒化锡纳米片通过如下制备方法制备得到：

(1)将硒化锡溶于溶剂中，超声破碎，离心，收集上清液；

(2)向离心后的沉淀中继续加溶剂，超声破碎，离心，收集上清液，重复此步骤7～8次；

(3)将步骤(1)和步骤(2)收集的上清液离心，收集沉淀，后处理，得到所述硒化锡纳米片。所述硒化锡纳米片为黑色粉末状。

优选地，步骤(1)和步骤(2)所述溶剂包括1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。在本发明中，对步骤(1)和步骤(2)所述溶剂的加入量不作限制。

优选地，步骤(1)和步骤(2)所述超声破碎在冰浴条件下进行。

优选地，步骤(1)和步骤(2)所述超声破碎的时间各自独立地为1-3h，例如1h、2h或3h等。

优选地，步骤(1)和步骤(2)所述离心的转速各自独立地为300-800rpm，例如300rpm、400rpm、500rpm、600rpm、700rpm或800rpm等，离心的时间各自独立地为20-50min，例如20min、30min、40min或50min等。

优选地，步骤(3)所述离心的转速为1000-5000rpm，例如1000rpm、1500rpm、2000rpm、2500rpm、3000rpm、3500rpm、4000rpm、4500rpm或5000rpm等，离心的时间为20-50min，例如20min、25min、30min、35min、40min、45min或50min等。

优选地，步骤(3)所述后处理包括清洗、冻干。

优选地，所述硒化锡纳米片通过如下制备方法制备得到：

(1)将硒化锡溶于1-甲基-2-吡咯烷酮中，在冰浴条件下超声破碎1-3h，在300-800rpm下离心20-50min，收集上清液；

(2)向离心后的沉淀中继续加1-甲基-2-吡咯烷酮，在冰浴条件下超声破碎1-3h，在300-800rpm下离心20-50min，收集上清液，重复此步骤7～8次；

(3)将步骤(1)和步骤(2)收集的上清液在1000-5000rpm下离心20-50min，收集沉淀，将收集的沉淀使用去离子水清洗，将清洗后的材料加入适量去离子水，经-80℃冷冻-冻干后，得到所述硒化锡纳米片。

第二方面，本发明提供一种第一方面所述的太阳能蒸发器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

向模具中加入水凝胶基质的制备原料和光热材料水溶液，而后加入去离子水，搅拌，得到混合液，水浴加热模具底部进行热聚合，得到所述太阳能蒸发器。

在本发明中，所述水浴加热模具底部进行热聚合指的是只将模具底部放在水浴锅中进行水浴加热。

采用本发明的制备方法，不需要采用磁铁等辅助手段，即可实现光热材料和水凝胶基质的分层，从而得到分级蒸发器。本发明的太阳能蒸发器基于瑞利-贝纳德对流理论制备得到，具体而言，将均匀混合的水凝胶基质的制备原料和纳米材料放置在封闭模具中，并通过热聚合形成。由于需要大的瑞利-贝纳德对流来将低维纳米材料快速输送到模具底部，为了获得较大的瑞利数(R_a)，需要在模具底部加热。同时，纳米晶体由于密度大，很难随着热对流而浮到液体表面。因此在固化后就形成了分级蒸发器。

优选地，所述水凝胶基质的制备原料包括单体、交联剂和引发剂。

优选地，所述单体、交联剂和引发剂的摩尔比为(100-200):1:1，例如100:1:1、110:1:1、120:1:1、130:1:1、140:1:1、150:1:1、160:1:1、170:1:1、180:1:1、190:1:1或200:1:1等。

优选地，所述模具包括玻璃瓶。

优选地，所述单体包括甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)。

优选地，所述交联剂包括聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA)。

优选地，所述引发剂包括过硫酸铵。

优选地，所述光热材料在混合液中的浓度为0.5-4mg/mL，例如0.5mg/mL、1mg/mL、1.5mg/mL、2mg/mL、2.5mg/mL、3mg/mL、3.5mg/mL或4mg/mL等。若光热材料在混合液中的浓度过低，则会由于吸光剂含量不够，从而影响蒸发器的蒸发速率，若光热材料在混合液中的浓度过高，则会影响水分传输，进而降低蒸发器的蒸发性能。

在本发明中，对光热材料水溶液的体积不作限制，可根据实际需求确定光热材料水溶液的体积，例如，光热材料水溶液的体积与水凝胶基质的制备原料的体积相同。

优选地，所述去离子水的加入量为使得混合液总体积为单体体积的3-5倍，例如3倍、4倍或5倍等。

优选地，所述热聚合的温度为50-90℃，例如50℃、60℃、70℃、80℃或90℃等，热聚合的时间为4-8h，例如4h、5h、6h、7h或8h等。

优选地，所述太阳能蒸发器的制备方法包括以下步骤：

向玻璃瓶中加入单体、交联剂和引发剂，其中，单体、交联剂和引发剂的摩尔比为(100-200):1:1，而后加入光热材料水溶液，然后加入去离子水，搅拌5-10min，得到混合液，其中，混合液总体积为单体体积的3-5倍，水浴加热模具底部，在50-90℃下热聚合4-8h，得到所述太阳能蒸发器。

第三方面，本发明提供第一方面所述的太阳能蒸发器在海水淡化中的应用。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

在本发明中，太阳能蒸发器由水凝胶基质以及沉积在水凝胶基质底部的光热材料组成，水凝胶具有多孔结构、高度可调的柔韧性、弹性和自愈能力、对水蒸气和水分子无阻隔性以及独特的膨胀性能，其主要起到快速传水和机械支撑的作用，光热材料起到吸收太能光、蒸发的作用。本发明的太阳能蒸发器的蒸发率约为2.20kg·m^-2·h^-1，能量转换效率约为91.7％。此外，本发明的太阳能蒸发器的长期太阳能海水蒸发测试显示了其具有超高离子截除率的可持续脱盐的实际潜力，且不会对环境和蒸发的淡水造成任何污染。

附图说明

图1a和图1b分别为制备例1和制备例2提供的硒化锡纳米片的透射电镜图。

图2a和图2b分别为实施例1提供的太阳能蒸发器的实物图和截面光学图像。

图3为实施例1提供的沉积有硒化锡纳米片的水凝胶基质的SEM图。

图4为实施例1、实施例2以及对比例1提供的太阳能蒸发器的蒸发面的温度随时间变化图。

图5a和图5b分别为实施例1、实施例3-6、对比例2提供的太阳能蒸发器的水质量损失曲线和蒸发速率直方图。

图6为实施例1提供的太阳能蒸发器的可重复使用性测试结果图。

图7a和图7b为实施例1提供的太阳能蒸发器的结构稳定性测试过程图。

图8a和图8b分别为实施例1提供的太阳能蒸发器模拟冲刷试验前后在蒸发测试中的水质量损失曲线和蒸发速率测试结果图。

图9a和图9b为实施例1提供的太阳能蒸发器的循环压缩试验过程图。

图10a和图10b分别为实施例1提供的太阳能蒸发器循环压缩试验前和循环压缩试验后的外观图。

图11为实施例1提供的太阳能蒸发器的压缩峰值力测试结果图。

图12a和图12b分别为实施例1提供的太阳能蒸发器循环压缩试验前后在蒸发测试中的水质量损失曲线和蒸发速率测试结果图。

图13为实施例1、实施例7、实施例8、对比例3提供的太阳能蒸发器的外观对比图。

图14为实施例1、实施例7、实施例8、对比例3提供的太阳能蒸发器在蒸发测试中的蒸发速率测试结果图。

图15为实施例1提供的太阳能蒸发器在持续不间断的30h蒸发过程中的外观图。

图16a和图16b分别为实施例1提供的太阳能蒸发器在持续不间断的30h蒸发过程中的水质量损失曲线和蒸发速率测试结果图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

本发明以下实施例及对比例所使用的材料的信息如下：

单体甲基丙烯酸羟乙酯：Sigma-Aldrich有限公司，128635；

交联剂聚乙二醇双丙烯酸酯：Sigma-Aldrich有限公司，437441；

硒化锡：上海源叶生物科技有限公司，Y17367；

金纳米颗粒：采用常规的水热法制备，粒径为20-100nm；

MoS₂：国药化学试剂有限公司，20028560；

石墨烯：先丰纳米材料技术有限公司，102923。

制备例1

本制备例提供一种硒化锡纳米片，所述硒化锡纳米片的制备方法包括如下步骤：

(1)称取0.5g硒化锡，溶于25mL 1-甲基-2-吡咯烷酮中，使用超声破碎机冰浴超声2h，将超声后的溶液在500rpm下离心30min，收集上清液；

(2)向离心后的沉淀中继续加25mL 1-甲基-2-吡咯烷酮，使用超声破碎机冰浴超声2h，将超声后的溶液在500rpm下离心30min，收集上清液，重复此步骤7次；

(3)将步骤(1)和步骤(2)收集的上清液在1000rpm下离心30min，收集沉淀，将收集的沉淀使用去离子水清洗、收集，重复2次，将清洗后的材料加入适量去离子水，经-80℃冷冻-冻干后，得到所述硒化锡纳米片(粒径约为100-300nm)。

制备例2

本制备例提供一种硒化锡纳米片，所述硒化锡纳米片的制备方法与制备例1的区别在于步骤(3)的离心转速为5000rpm，得到的硒化锡纳米片的粒径约为20-100nm。

对比制备例1

本对比制备例提供一种硒化锡研磨颗粒，即使用研钵将购买的硒化锡研磨成更细小的颗粒，不做其他进一步的处理。

性能测试：

将制备例1和制备例2制备的硒化锡纳米片进行透射电子显微镜(TEM)测试，结果如图1a和图1b所示，从图中可以看出，步骤(3)的离心转速越高，硒化锡纳米片的尺寸越小。

实施例1

在本实施例中提供一种太阳能蒸发器，所述太阳能蒸发器由水凝胶基质以及沉积在水凝胶基质底部的光热材料组成，所述光热材料为制备例1制备得到的硒化锡纳米片。

太阳能蒸发器的制备方法包括以下步骤：

向玻璃瓶中加入单体HEMA(1mL，8.245mmol)、交联剂聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA，分子量575，21.5μL，0.0419mmol)、高温引发剂过硫酸铵(60μL，0.0413mmol)，而后加入1mL浓度为5mg/mL的硒化锡纳米片水溶液，然后补加去离子水，混合物均匀搅拌5min，得到混合液(其中混合液总体积为5mL)，然后水浴加热模具底部，在70℃水浴锅中热聚合6h，得到所述太阳能蒸发器。

本实施例的太阳能蒸发器的直径约为24mm，高度约为10mm，含水量为80％。

在本发明中，太阳能蒸发器的含水量的计算方法如下：太阳能蒸发器的含水量(％)＝(混合液总体积-单体体积)/混合液总体积*100％。

本实施例的太阳能蒸发器的实物图如图2a所示，蒸发器的截面光学图像如图2b所示，从图中可以看出沉积在水凝胶基质底部的光热材料的厚度约为55μm。

对本实施例的沉积有硒化锡纳米片的水凝胶基质进行扫描电子显微镜(SEM)测试，测试结果如图3所示，从图中可以看出，水凝胶基质呈现多孔的网络结构，SnSe NSs均匀包裹在水凝胶基质中。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于，将光热材料(制备例1制备得到的硒化锡纳米片)替换为等量的制备例2制备得到的硒化锡纳米片。

实施例3

本实施例与实施例1的区别仅在于，硒化锡纳米片在混合液中的浓度为0.5mg/mL，具体地，补加去离子水使得混合液总体积为10mL。

实施例4

本实施例与实施例1的区别仅在于，硒化锡纳米片在混合液中的浓度为2mg/mL，具体地，补加去离子水使得混合液总体积为2.5mL。

实施例5

本实施例与实施例1的区别仅在于，硒化锡纳米片在混合液中的浓度为3mg/mL，具体地，加入3mL浓度为5mg/mL的硒化锡纳米片水溶液，然后补加去离子水，使得混合液总体积为5mL。

实施例6

本实施例与实施例1的区别仅在于，将光热材料(制备例1制备得到的硒化锡纳米片)替换为制备例2制备得到的硒化锡纳米片，并且，硒化锡纳米片在混合液中的浓度为2mg/mL。

实施例7

本实施例与实施例1的区别仅在于，将硒化锡纳米片替换为等量的金纳米颗粒(AuNPs)。

实施例8

本实施例与实施例1的区别仅在于，将硒化锡纳米片替换为等量的MoS₂。

对比例1

本对比例与实施例1不同之处仅在于，将硒化锡纳米片替换为等量的对比制备例1提供的硒化锡研磨颗粒。

对比例2

本对比例与实施例1不同之处仅在于，太阳能蒸发器仅由水凝胶基质组成，即，太阳能蒸发器中不包括光热材料。

对比例3

本对比例与实施例1不同之处仅在于，将硒化锡纳米片替换为等量的石墨烯(Graphene)。

对比例4

本对比例与实施例1不同之处仅在于，不补加去离子水，即，太阳能蒸发器的含水量为50％。

对比例5

本对比例与实施例1不同之处仅在于，补加去离子水，使得混合液总体积为10mL，即，太阳能蒸发器的含水量为90％。

对实施例以及对比例的太阳能蒸发器进行性能测试，测试方法如下：

(1)在一个太阳的光照强度下照射测量实施例1、实施例2以及对比例1提供的太阳能蒸发器的蒸发面的温度变化，结果如图4所示，可以看出，使用经过超声波辅助液体剥离法处理后的SnSe NSs作为光热材料，蒸发器的温度明显更高，并且SnSe纳米片的大小在一定范围内也对蒸发器的温度提升有影响。

(2)测试实施例1、实施例3-6、对比例2提供的蒸发器在人工太阳模拟一个太阳的光照强度下的蒸发速率，水质量损失曲线和蒸发速率直方图分别如图5a和图5b所示，从图中可以看出，蒸发器的蒸发速率随着SnSe NSs含量的增加呈现先升高再下降的趋势，明显1mg/mL为最佳浓度。

(3)测试实施例1、对比例4-5提供的蒸发器在人工太阳模拟一个太阳的光照强度下的蒸发速率，测试结果如表1所示。

表1

	蒸发速率/kg·m<sup>-2</sup>·h<sup>-1</sup>
		实施例1	2.15
对比例4	0.61
		对比例5	1.97

从表1中可以看出，对比例4的蒸发速率远低于实施例1，主要原因是因为对比例4的含水量低，导致其蒸发器内部过于致密而影响水分的传输；对比例5的蒸发速率与实施例1相近，但由于其自身含水量过高，蒸发器整体的机械性能不稳定，容易破损。故蒸发器的含水量保持在70-80％是一个比较合适的范围。

(4)蒸发速率&可重复使用性

我们利用人工太阳模拟一个太阳的光照强度，将实施例1提供的太阳能蒸发器置于玻璃皿中，玻璃皿中盛有适量的从深圳市海湾提取的天然海水，黑色蒸发面(即沉积有硒化锡纳米片的一面)朝上，由于蒸发器中具有多孔的水凝胶网络结构，可以匀速地向蒸发面传输水。使用电子天平上持续记录该蒸发装置蒸发过程中的质量变化以及蒸发速率，测试持续7天，每天不间断蒸发10h，在夜晚移除太阳照射，结果如图6所示，可以看出，在7天的持续蒸发测试中，蒸发器的平均蒸发速率在1.94～2.16kg·m^-2·h^-1之间波动，无明显下降趋势，这说明该蒸发器具有良好的蒸发性能和稳定性，可以实现多次重复利用。蒸发器在持续7天的蒸发过程中，由于水分的损失，盐分积攒在蒸发器表面，在移除太阳照射之后，由于蒸发器本身良好的吸水特性，表面积攒的盐分又逐渐溶解在水中，即蒸发器可以在白天工作，晚上通过浸泡海水进行回收，表明其在可持续脱盐方面的实际潜力。

(5)结构稳定性测试

如图7a和图7b所示，将实施例1制备的太阳能蒸发器置于玻璃皿中，皿中的水面正好与蒸发器表面持平，在摇床上进行24h的翘板运动，模拟现实中的海浪冲刷以评估蒸发器中的光热材料在水凝胶基质中的结合强度，在模拟冲刷试验的前后各进行90min的蒸发试验，结果如图8a和图8b所示。由结果可知，在模拟海浪测试后样品中的SnSe并没有发生泄漏(玻璃皿中的水呈现清澈透明)，蒸发速率也没有下降趋势，这表明此蒸发器中的SnSe与水凝胶基质具有良好的结合强度。

(6)循环压缩试验

将实施例1制备的太阳能蒸发器置于培养皿中，黑色蒸发面朝上，皿中加入少量水，防止蒸发器在测试中失水。如图9a和图9b所示，使用电子万能试验机进行1000次20％应变的循环压缩，循环压缩试验前后各进行90min的蒸发试验，结果如图10-12所示。由图10a和图10b可以看出，在经过了1000次的循环压缩后，样品表面并没有发生破碎以及光热层(即沉积有光热材料的层)脱落等现象；图11中的峰值力变化率基本保持不变，由图12a与图12b可以看出测试前后，蒸发器的蒸发速率同样保持稳定，表明此蒸发器具有良好的弹性、耐疲劳性以及结构稳定性。

(7)实施例1、实施例7、实施例8、对比例3提供的太阳能蒸发器的外观对比图如图13所示，从图中可以看出，当光热材料为硒化锡纳米片或金纳米颗粒时，蒸发器的蒸发面较为平滑，而当光热材料为MoS₂或石墨烯时，蒸发器的蒸发面出现褶皱。对实施例1、实施例7、实施例8、对比例3提供的太阳能蒸发器的蒸发速率进行测试，结果如图14所示，可以看出，当光热材料为硒化锡纳米片时，蒸发器的蒸发性能最优，当光热材料为石墨烯时，虽然蒸发器也具有较高的蒸发速率，但是采用石墨烯制备的蒸发器，其结构稳定性和耐用性较差。

(8)海水淡化应用测试：采用简易的冷凝水收集装置对实施例1提供的蒸发器进行海水淡化应用测试，该装置由底座、水槽和玻璃罩三部分组成。测试过程如下：首先，在底座上铺一层塑料薄膜；然后，将放有蒸发器且盛有适量海水的水槽置于底座的塑料膜上，再将玻璃罩罩于水槽上方并置于人工太阳灯下；冷凝水会在玻璃罩上聚集并沿玻璃罩内壁流下，最后可在底座塑料膜上收集冷凝水；将实施例1提供的蒸发器蒸发得到的冷凝水进行收集后，采用质谱分析仪对海水和收集的冷凝水中的离子浓度进行测定，测试结果如表2所示，淡化效率＝(1-冷凝水离子浓度/海水离子浓度)*100％。由结果可知，此蒸发器蒸发冷凝得到的水符合WHO淡水要求，完全可以满足海水淡化需求。

表2

	海水离子浓度(mg/L)	冷凝水离子浓度(mg/L)	淡化效率/％
				Na<sup>+</sup>	9449.70	0.30	99.997
Mg<sup>2+</sup>	1242.16	0.39	99.969
				K<sup>+</sup>	525.16	0.77	99.853
Ca<sup>2+</sup>	415.13	0.57	99.863

(9)耐盐性测试

利用人工太阳模拟一个太阳的光照强度，将实施例1制备的太阳能蒸发器置于玻璃皿中，玻璃皿中盛有适量的从深圳市海湾提取的天然海水。使用电子天平上持续记录该蒸发装置在持续不间断的30h蒸发过程中的质量变化以及蒸发速率，并记录表面的盐析出现象，结果如图15和图16所示，从图15中可以看出，在不间断的30h的蒸发过程中，由于水分的损失，盐分积攒直至在表面析出，在移除太阳照射之后，由于蒸发器本身良好的吸水特性，晶体盐又在静置的过程中逐渐溶解，在可持续脱盐净水方面具有应用潜力。从图16a和图16b中可以看出，在不间断的30h的蒸发过程中，蒸发速率也没有特别明显的下降。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的太阳能蒸发器及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能蒸发器，其特征在于，所述太阳能蒸发器由水凝胶基质以及沉积在水凝胶基质底部的光热材料组成；

所述光热材料包括硒化锡纳米片、金纳米颗粒、MoS₂中的任意一种。

2.根据权利要求1所述的太阳能蒸发器，其特征在于，所述光热材料为硒化锡纳米片；

优选地，所述太阳能蒸发器的含水量为70-80％。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能蒸发器，其特征在于，所述光热材料的粒径为20-300nm。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的太阳能蒸发器，其特征在于，所述硒化锡纳米片通过如下制备方法制备得到：

(1)将硒化锡溶于溶剂中，超声破碎，离心，收集上清液；

(2)向离心后的沉淀中继续加溶剂，超声破碎，离心，收集上清液，重复此步骤7～8次；

(3)将步骤(1)和步骤(2)收集的上清液离心，收集沉淀，后处理，得到所述硒化锡纳米片。

5.根据权利要求4所述的太阳能蒸发器，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)所述溶剂包括1-甲基-2-吡咯烷酮；

优选地，步骤(1)和步骤(2)所述超声破碎在冰浴条件下进行；

优选地，步骤(1)和步骤(2)所述离心的转速各自独立地为300-800rpm，离心的时间各自独立地为20-50min；

优选地，步骤(3)所述离心的转速为1000-5000rpm，离心的时间为20-50min；

优选地，步骤(3)所述后处理包括清洗、冻干。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的太阳能蒸发器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

向模具中加入水凝胶基质的制备原料和光热材料水溶液，而后加入去离子水，搅拌，得到混合液，水浴加热模具底部进行热聚合，得到所述太阳能蒸发器。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述水凝胶基质的制备原料包括单体、交联剂和引发剂；

优选地，所述单体、交联剂和引发剂的摩尔比为(100-200):1:1；

优选地，所述模具包括玻璃瓶。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述单体包括甲基丙烯酸羟乙酯；

优选地，所述交联剂包括聚乙二醇双丙烯酸酯；

优选地，所述引发剂包括过硫酸铵。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述光热材料在混合液中的浓度为0.5-4mg/mL；

优选地，所述去离子水的加入量为使得混合液总体积为单体体积的3-5倍；

优选地，所述热聚合的温度为50-90℃，热聚合的时间为4-8h。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的太阳能蒸发器在海水淡化中的应用。

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