CN115092982B - 截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本申请属于废水处理技术领域，尤其涉及截留‑蒸发界面分离型光热蒸发装置及其制备方法和应用。本申请提供的截留‑蒸发界面分离型光热蒸发装置利用光热层蒸发水分产生的负压促使油水分离，并且通过截留界面和蒸发界面的分离避免油污染光热蒸发装置，提高了油水分离的稳定性，并且还避免了油污染导致的光热层对油组分蒸发，从而减少油水乳液中易挥发或热敏性油组分的损失，并减少了油水乳液中水组分的降低了水组分的传质阻力，本申请提供的截留‑蒸发界面分离型光热蒸发装置解决了现有光热油水分离技术对含油废水的处理工艺存在的水组分传质阻力大、多孔材料容易被油污染、对易挥发或热敏性油组分分离效率低的技术问题。

Description

截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置及其制备方法和应用

技术领域

本申请属于废水处理技术领域，尤其涉及截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置及其制备方法和应用。

背景技术

随着人口增长以及工业的发展，淡水资源的缺失的问题日益严重，通过对油水乳液的处理，可以将油水乳液中的油水分离，得到淡水，缓解淡水资源的缺失及污水处理问题。

传统油水乳液的分离处理方式包括撇渣、气浮、离心、化学絮凝、原位燃烧等，这些方法普遍成本昂贵、易造成二次污染且效率低，并且，在需要回收油水乳液中的易挥发或热敏性油组分时，传统的原位燃烧会造成大量油组分的损失，由于传统的油水乳液的分离处理方式存在能耗高、易污染以及分离回收率低等缺陷，近年来，基于超亲水/水下超疏油性质的多孔油水分离材料和致密亲水水凝胶多孔材料对油水乳液的分离处理被广泛应用；其中，金属网改性法、多孔材料模板法、电纺法等方法制备出来的多孔油水分离材料对油水乳液的初始分离回收率可以高达97％，但现有多孔油水分离材料对油水乳液的分离处理需要采用反渗透工艺以高压作为分离驱动力，需要额外的耗能，并且，对于纳米/亚微米级别的油水乳液，则需要用到纳滤工艺，需要的能耗更高，同时，以高压作为分离驱动力驱动油水分离时，由于乳液极化、纳米/亚微米级油水乳液对多孔油水分离材料的油污染等问题，造成了基于多孔油水分离材料的分离处理不能适用于高浓度油水乳液的分离，且油污染导致分离效率会随时间逐渐下降；而将致密亲水水凝胶灌注到多孔材料内部制成的致密亲水水凝胶多孔材料，在对油水乳液的分离处理虽然基于溶解扩散机理不需要以高压作为驱动力，且多孔材料内部具有较多的水运输通道，但将致密亲水水凝胶填充在多孔材料内部会增加水组分的传质阻力，油水分离的效率低，同时，根据孔径筛分机理，对于纳米/亚微米级粒径的油水乳液截留能力有限，油水乳液中部分油组分会随水组分进入到多孔材料内部，造成多孔材料油污染，油水分离的效率随时间逐渐下降，并且，由于油组分随着水组分进入到多孔材料内部，易挥发或热敏性油组分会随着水组分一同被蒸发，导致对油水乳液中易挥发或热敏性油组分回收率低。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置及其制备方法和应用，用于解决现有技术对油水乳液的处理工艺存在的水组分传质阻力大、多孔材料容易被油污染、对易挥发或热敏性油组分回收率低的技术问题。

本申请第一方面提供了截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置，包括：多糖-金属离子被膜多孔材料和光热层；

所述光热层包覆在所述多糖-金属离子被膜多孔材料的部分表面；

所述多糖-金属离子被膜多孔材料包括：多糖-金属离子被膜和多孔材料；

所述多糖-金属离子被膜包覆在所述多孔材料表面。

需要说明的是，本申请提供的截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置中，多糖-金属离子被膜包覆在所述多孔材料的全表面作为截留界面，光热层包覆在多糖-金属离子被膜多孔材料的部分表面作为蒸发界面，部分包覆的光热层不影响多糖-金属离子被膜的截留能力。

优选的，所述多孔材料选自泡沫铜和/或密胺海绵。

优选的，所述多糖-金属离子被膜选自海藻酸钠-钙离子被膜、卡拉胶-钙离子被膜、壳聚糖-铜离子被膜或单宁酸-铁离子被膜。

优选的，所述光热层中光热材料选自黑色墨水层、石墨烯层、金属纳米粒子层、竹炭粉层中的任意一种、两种或多种。

需要说明的是，光热材料可以吸收太阳能转化为热能。

优选的，所述多孔材料的为圆柱和/或长方体。

本申请第二方面提供了截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置的制备方法；包括以下步骤：

步骤1、将内部含有金属盐溶液的多孔材料浸没在多糖溶液中，交联反应得到多糖-金属离子被膜多孔材料；

步骤2、在所述多糖-金属离子被膜多孔材料部分表面包覆光热转换材料，得到截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置；

所述金属盐溶液的黏度低于所述多糖溶液的黏度。

需要说明的是，本申请提供的制备方法中，金属盐溶液的黏度低于多糖溶液的黏度，这促使金属盐溶液总金属向多糖扩散，从而在多孔材料表面表面接触交联，在多孔材料表面包覆多糖-金属离子被膜，多糖-金属离子被膜中的多糖含有大量羟基，亲水疏油，使多糖-金属离子被膜亲水疏油，从而可以在多孔材料表面实现油水分离，将水组分吸附到多孔材料内部，而多孔材料部分表面的光热转换材料能够吸收太阳能蒸发水组分，在多孔材料内部产生负压促使油水分离。

并且，本申请提供的制备方法，可以通过控制金属盐溶液与所述多糖溶液的浓度或步骤1中交联反应的时间来调控多糖-金属离子被膜的厚度，而多糖-金属离子被膜的厚度越薄，水组分的传质阻力就越低，从而使得油水分离的效率越高，因此，本申请提供的制备方法还可以实现调控油水分离的效率。

优选的，所述多糖溶液浓度不低于2wt％。

需要说明的是，在多糖溶液的浓度不低于2wt％时，多糖溶液黏度高，使多糖水溶液向多孔材料扩散缓和，有利于提高生成的多糖-金属离子被膜完整和均匀性，有利于提高油水分离的效果。

优选的，步骤1中，所述金属盐溶液浓度为0.05wt％～0.85wt％，所述交联反应时间为1min～9min。

优选的，所述金属盐溶液浓度不低于0.25wt％。

需要说明的是，在多孔材料表面交联反应制备多糖-金属离子被膜对金属盐溶液的浓度有最低要求，若浓度过低，形成的多糖-金属离子被膜存在缺陷，无法做到平整无缺，而当金属盐溶液浓度不小于0.25wt％时，有利于提高生成的多糖-金属离子被膜完整和均匀性，有利于提高油水分离的效果。

优选的，所述交联反应时间为5min。

优选的，步骤2具体包括：将所述多糖-金属离子被膜多孔材料部分表面浸没在所述多糖和光热转换材料的混合溶液中，在所述多糖-金属离子被膜多孔材料部分表面包覆光热转换材料，交联反应得到截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置。

需要说明的是，多糖-金属离子被膜多孔材料部分表面浸没在所述多糖和光热转换材料的混合溶液中，利用混合溶液中的多糖与多孔材料内部金属离子发生的交联反应，可以得到光热转换材料形成的光热层与多孔材料紧密固定的截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置，提高了光热层的蒸发稳定性，进而提高油水分离效率的稳定性。

本申请第三方面提供了截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置在油水分离领域中的应用。

优选的，所述在油水分离领域中的应用为分离纳米/亚微米级油水乳液。

优选的，所述在油水分离领域中的应用为分离含热敏性或易挥发油分的油水乳液。

优选的，所述分离含热敏性或易挥发油分的油水乳液具体包括步骤：

步骤1、用细胞破碎机制备浓度为10wt％大豆油、硅油、轻质原油、辛烷、癸烷的稳定水包油油水乳液；

步骤2、准备一个下部钻孔可密封的圆顶有机玻璃罩，并在罩内放一个放入泡沫模板的圆柱形敞口容器，在容器中装入10wt％大豆油乳液；

步骤3、将嵌有Array-8超薄多糖-金属离子被膜光热小柱体装置的泡沫模板放在圆柱形敞口容器中，使泡沫模板遮蔽乳液的液面；

步骤4、罩上有机玻璃罩，并在罩子的下部接一根塑料管，通入一封口容器内，以收集光热蒸发产出的水；

步骤5、将上述搭好的光热蒸发水收集装置放在太阳光模拟器下，以一个太阳光的光强照射8h，并收集蒸发产生并且冷凝在玻璃罩壁面上并由此滑下的水；

步骤6、对不同油乳液重复步骤2-5将收集到的水存放于完全洗净的容器内，用有机碳含量分析仪进行检测分析。

综上所述，本申请提供的截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置及其制备方法和应用，其中，截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置包括多糖-金属离子被膜多孔材料及其部分表面的光热层，截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置进行油水分离时，将多糖-金属离子被膜多孔材料浸入油水乳液中，部分表面的光热层没有浸入油水乳液中，多糖含有大量羟基亲水疏油，多糖-金属离子交联形成的多糖-金属离子被膜亲水疏油，表面紧密吸附了一层水合层，基于溶解扩散机理吸附油水乳液中的水分，截留油水乳液中的油分，实现油水分离，同时光热层吸收太阳能蒸发多孔材料中的水分导致多孔材料内部产生负压，负压促使多糖-金属离子被膜多孔材料不断从油水乳液中吸取水分，提高了油水分离效率，更重要的是，油水分离过程中油组分被多糖-金属离子被膜截留，而水分通过多糖-金属离子被膜进入多孔材料至光热层蒸发，实现了油水分离过程中截留界面和蒸发界面的分离，截留界面和蒸发界面的分离一方面可以避免油水乳液特别是纳米/亚微米级油水乳液对光热蒸发层的油污染导致的油水分离效率下降，另一方面可以避免蒸发界面同时对油水乳液中油组分和水组分蒸发，导致易挥发或热敏性油组分的损失，并且水组分不用经过填充在多孔材料中的致密亲水水凝胶，水的传质阻力低；本申请提供的截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置解决了现有技术对油水乳液的处理工艺存在的水组分传质阻力大、多孔材料容易被油污染、对易挥发或热敏性油组分回收率低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例2提供的截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置实物图以及表面形貌图；

图2为对本申请实施例1-3制备得到的光热蒸发装置在8h长效光热蒸发实验下各小时蒸发速率图以及8h长效光热蒸发实验前后的外形变化实物图；

图3为对本申请实施例1提供的截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置Array-8实物图、水包油油水乳液光热蒸发前后的实物图及其光学显微镜图和水包油油水乳液中乳液的粒径分布图；

图4为对本申请实施例1-4制备得到的光热蒸发装置在1个太阳光光强下工作的质量变化和蒸发速率图；

图5为对本申请实施例6-7制备得到的光热蒸发装置中表面海藻酸钠-钙离子被膜进行结构观察与厚度分析图；

图6为本申请实施例制备光热蒸发装置的制备流程示意图；

其中，图1-a为截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置的实物图和截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置对半切开的实物图，图1-b为海藻酸钠-钙离子被膜的光学显微镜图，图1-c为浸入油水乳液中的海藻酸钠-钙离子被膜表面吸附形成的水合层的扫描电镜图，图1-d为多孔材料密胺海绵的扫描电镜图，图1-e为墨水光热层/海藻酸钠-钙离子被膜混合处的扫描电镜图；

其中，图5-a为实施例6中不同氯化钙浓度制备得到的海藻酸钠-钙离子被膜进行结构与厚度图，图5-b为实施例7中不同交联反应时间制备得到的海藻酸钠-钙离子被膜结构与厚度图。

具体实施方式

本申请提供了截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置及其制备方法和应用，用于解决现有技术对油水乳液的处理工艺存在的水组分传质阻力大、多孔材料容易被油污染、对易挥发或热敏性油组分回收率低的技术问题。

下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

其中，以下实施例所用试剂或原料均为市售或自制。

实施例1

本实施例1提供了一种截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置Array-8，请参见图1，截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置包括：多糖-金属离子亲水被膜多孔材料和光热层，光热层为黑色墨水光热层，光热层包覆在多糖-金属离子亲水被膜多孔材料部分表面，多糖-金属离子亲水被膜多孔材料包括：直径为为0.9cm的圆柱型多孔材料密胺海绵和海藻酸钠-钙离子亲水被膜，海藻酸钠-钙离子亲水被膜包覆在多孔材料密胺海绵表面。

实施例2

本实施例2提供了一种截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置Single，该装置与实施例1所述截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置的区别在于，多孔材料密胺海绵的直径为2.6cm。

实施例3

本实施例3提供了一种光热蒸发装置Gel，该装置与实施例2所述截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置的区别在于，海藻酸钠-钙亲水凝胶填充在多孔材料密胺海绵的内部。

实施例4

本实施例4提供了多种不同直径的截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置，该装置与实施例1所述截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置的区别在于，多孔材料密胺海绵的直径分别为1.8、1.3cm、1.1cm以及0.8cm，分别将其命名为Array-2、Array-4、Array-6以及Array-10。

实施例5

本实施例5提供了多糖溶液、金属盐溶液、多糖和光热转换材料的混合溶液以及多孔材料的制备方法。

1、多糖溶液的制备方法包括：

1.1、海藻酸钠溶液制备；称量4g海藻酸钠于500mL烧杯中，并注入200mL去离子水，置于水浴锅中85℃中搅拌加热60min，配得质量分数为2wt％的海藻酸钠溶液。

1.2、卡拉胶溶液制备：称量10gκ-型卡拉胶于500mL烧杯中，并注入200mL去离子水，置于水浴锅中80℃中搅拌加热60min，配得质量分数为5wt％的κ-型卡拉胶溶液。

1.3、壳聚糖溶液制备：称量2g壳聚糖溶于98g1％(v/v)醋酸溶液中，搅拌溶解壳聚糖制得质量分数为2wt％的壳聚糖溶液。

2、金属盐溶液的制备方法包括：

2.1、氯化钙溶液制备：分别称量0.104g、0.52g、0.936g、1.352g、1.768g氯化钙于250mL烧杯中，并分别注入200mL去离子水，制成氯化钙浓度分别为0.05wt％、0.25wt％、0.45wt％、0.65wt％、0.85wt％的氯化钙溶液。

2.2、氯化铜溶液制备：分别称量0.132g、0.66g、1.188g、1.716g、2.244g氯化铜于250mL烧杯中，并分别注入200mL去离子水，制成氯化钙浓度分别为0.05wt％、0.25wt％、0.45wt％、0.65wt％、0.85wt％的氯化铜溶液。

3、多糖和光热转换材料的混合溶液的制备方法包括：

3.1、墨水/海藻酸钠混合溶液的制备：在25mL烧杯中加入1g墨水与19g步骤1.1制得的海藻酸钠溶液，置于80℃的水浴锅中搅拌均匀，制得墨水质量分数为5wt％的墨水/海藻酸钠混合溶液。

3.2、墨水/卡拉胶混合溶液的制备：在25mL烧杯中加入1g墨水与19g步骤1.2制得的κ-型卡拉胶溶液，置于80℃的水浴锅中搅拌均匀，制得墨水质量浓度为5wt％的墨水/卡拉胶混合溶液。

3.3、墨水/壳聚糖混合溶液的制备：在25mL烧杯中加入1g墨水与19g步骤1.31制得的壳聚糖溶液，置于80℃的水浴锅中搅拌均匀，制得墨水质量浓度为5wt％的墨水/壳聚糖混合溶液。

4多孔材料的制备方法包括：

4.1、密胺海绵多孔材料的制备：将密胺海绵裁切成若干直径为1.3cm，高为3cm的圆柱体。

4.2、泡沫铜多孔材料的制备：将泡沫铜裁切成若干底面长、宽为1.3cm，0.5cm，高为3cm的长方体。

需要说明的是，步骤4.1还包括将密胺海绵裁切成其他直径的圆柱体，包括直径为1.8cm，1.1cm，0.9cm，0.8cm的圆柱体。

实施例6

本实施例6提供了截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将实施例5步骤4.1制备的若干密胺海绵分别浸泡于实施例5步骤2.1所配制的不同浓度氯化钙溶液中，置入真空干燥箱常温真空放置30min以除尽圆柱形密胺海绵基底中的气泡，得到充满不同氯化钙溶液的多孔材料密胺海绵；

步骤2、将充满不同氯化钙溶液的多孔材料密胺海绵取出，随后浸没于实施例5步骤1.1所配得的海藻酸钠溶液中，静置5min后取出，对充满不同氯化钙浓度的多孔材料密胺海绵重复该步骤，相应制得若干海藻酸钠-钙离子被膜多孔材料；

步骤3、将海藻酸钠-钙离子被膜多孔材料在去离子水中清洗三次，用滤纸吸干其表面水分后，置于实施例5步骤3.1制备的墨水/海藻酸钠混合溶液中，使被膜密胺海绵和墨水/海藻酸钠混合液充分接触5s，将被膜海绵取出，上下翻转后置于空白培养皿中静置60min，使被膜密胺海绵的表面薄层被膜和涂覆其上的墨水/海藻酸钠混合液充分反应，紧密结合。

实施例7

步骤1、将实施例5步骤4.1制备的若干密胺海绵分别浸泡于实施例5步骤2.1所配制的0.25wt％氯化钙溶液中，置入真空干燥箱常温真空放置30min以除尽圆柱形密胺海绵基底中的气泡，得到充满0.25wt％氯化钙溶液的多孔材料密胺海绵；

步骤2、将0.25wt％氯化钙溶液的多孔材料密胺海绵取出，随后浸没于实施例5步骤1.1所配得的海藻酸钠溶液中，分别静置1min，3min，5min，7min，9min后取出，相应制得若干海藻酸钠-钙离子被膜多孔材料；

步骤3、将海藻酸钠-钙离子被膜多孔材料在去离子水中清洗三次，用滤纸吸干其表面水分后，置于实施例5步骤3.1制备的墨水/海藻酸钠混合溶液中，使被膜密胺海绵和墨水/海藻酸钠混合液充分接触5s，将被膜海绵取出，上下翻转后置于空白培养皿中静置60min，使被膜密胺海绵的表面薄层被膜和涂覆其上的墨水/海藻酸钠混合液充分反应，紧密结合。

实施例8

本实施例8提供了截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将实施例5步骤4.1制备的若干密胺海绵分别浸泡于实施例5步骤2.1所配制的0.25wt％氯化钙溶液中，置入真空干燥箱常温真空放置30min以除尽圆柱形密胺海绵基底中的气泡，得到充满0.25wt％氯化钙溶液的多孔材料密胺海绵；

步骤2、将充满0.25wt％氯化钙溶液的多孔材料密胺海绵取出，随后浸没于实施例5步骤1.2所配得的卡拉胶溶液中，静置5min后取出，相应制得若干卡拉胶-钙离子被膜多孔材料；

步骤3、将卡拉胶-钙离子被膜多孔材料在去离子水中清洗三次，用滤纸吸干其表面水分后，置于实施例5步骤3.2制备的墨水/卡拉胶混合溶液中，使被膜密胺海绵和墨水/卡拉胶混合液充分接触5s，将被膜海绵取出，上下翻转后置于空白培养皿中静置60min，使被膜密胺海绵的表面薄层被膜和涂覆其上的墨水/卡拉胶混合液充分反应，紧密结合。

实施例9

本实施例9提供了截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将实施例5步骤4.1制备的若干密胺海绵分别浸泡于实施例5步骤2.2所配制的0.25wt％氯化铜溶液中，置入真空干燥箱常温真空放置30min以除尽圆柱形密胺海绵基底中的气泡，得到充满0.25wt％氯化铜溶液的多孔材料密胺海绵；

步骤2、将充满0.25wt％氯化铜溶液的多孔材料密胺海绵取出，随后浸没于实施例5步骤1.3所配得的壳聚糖溶液中，静置5min后取出，相应制得若干壳聚糖-铜离子被膜多孔材料；

步骤3、将壳聚糖-铜离子被膜多孔材料在去离子水中清洗三次，用滤纸吸干其表面水分后，置于实施例5步骤3.2制备的墨水/壳聚糖混合溶液中，使被膜密胺海绵和墨水/壳聚糖混合液充分接触5s，将被膜海绵取出，上下翻转后置于空白培养皿中静置60min，使被膜密胺海绵的表面薄层被膜和涂覆其上的墨水/壳聚糖混合液充分反应，紧密结合。

实施例10

本实施例10提供了截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将实施例5步骤4.2制备的若干泡沫铜分别浸泡于实施例5步骤2.1所配制的0.25wt％氯化钙溶液中，置入真空干燥箱常温真空放置30min以除尽长方体泡沫铜底中的气泡，得到充满0.25wt％氯化钙溶液的多孔材料泡沫铜；

步骤2、将充满0.25wt％氯化钙溶液的多孔材料泡沫铜取出，随后浸没于实施例5步骤1.1所配得的海藻酸钠溶液中，静置5min后取出，相应制得若干海藻酸钠-钙离子被膜多孔材料；

步骤3、将海藻酸钠-钙离子被膜多孔材料在去离子水中清洗三次，用滤纸吸干其表面水分后，置于实施例5步骤3.2制备的墨水/海藻酸钠混合溶液中，使被膜泡沫铜和墨水/海藻酸钠混合液充分接触5s，将泡沫铜取出，上下翻转后置于空白培养皿中静置60min，使泡沫铜的表面薄层被膜和涂覆其上的墨水/海藻酸钠混合液充分反应，紧密结合。

应用例1

本应用例为对实施例1-3提供的光热蒸发装置做高浓油水乳液的长时间光热蒸发油水分离测试实验，实验结果参见图2，测试步骤包括：

步骤1、将实施例2、实施例3提供的2个光热蒸发装置以及实施例1分别提供的8个光热蒸发装置分别嵌入对应的三个泡沫模板；

步骤2、在直径8.8cm的培养皿中滴加10wt％大豆油乳液，使乳液液面高度为1cm，并将泡沫模板嵌在培养皿上；

步骤3、将培养皿放在水平的木板上，放在电子天秤正中间位置；

步骤4、将电子天秤放在太阳光模拟器下，使培养皿正好处于太阳光模拟器射出的样光光束中间位置，暂时关闭太阳光模拟器的灯罩；

步骤5、打开太阳光模拟器的灯罩，同时开始计时，利用电子天秤每隔5s自动记录一次质量数据，计算分析整个器件随着光热时间而发生的质量变化；

步骤6、进行连续8小时的光热蒸发实验。

实验结果如图2所示，从图2-a可以看出，与实施例1、2提供的光热蒸发装置Array-8、Single相比，实施例3提供的光热蒸发装置Gel的蒸发速率较低，这说明填充在将多糖-金属离子亲水被膜填充在多孔材料内部导致水分的传质阻力高；并且，实施例3提供的光热蒸发装置Gel的蒸发速率随时间下降，这是由于实施例3提供的光热蒸发装置Gel内水的传递路径需要经过一整块凝胶，传质阻力巨大，导致Gel上半部分失水皱缩，减小了黑色光热层的光照投影面积，从而导致蒸发效率下降；与实施例1提供的光热蒸发装置Array-8相比，实施例2提供的光热蒸发装置Single蒸发速率低，这说明光热蒸发装置Array-8的有效光热层光热转换面积下对应着更大的水下汲水面积，保证其供水能力，同时其更大的侧蒸发面积使其蒸发速率也明显高于Single样品。

从图2-b所示光热蒸发实验前后的外形变化实物图也验证了上述观点，实施例3提供的光热蒸发装置Gel和与实施例2提供的光热蒸发装置Single在经过8h的光热蒸发试验后，都有不同程度的变形，其中光热蒸发装置Gel上半部失水严重，已经干瘪，这说明光热蒸发装置Gel输送水组分的效率低，无法把足够弥补光热蒸发损失的水分传递到上部，使得上部严重变形；实施例2提供的光热蒸发装置Single有一定变形，这是由于密胺海绵质地较软，而Single装置在发生光热蒸发的过程中为运送足够其蒸发的水分，会在其内部产生较大的负压，在负压条件下装置产生了变形，但样品上下部分都均匀地充满水分，并且放入水中数小时后还能恢复如初，说明光热蒸发装置Single的传质阻力低，能够将水组分输送到光热蒸发装置Single上部分；Array-8样品则没有明显形变，且其内部依然充满水分。

应用例2

本应用例为对实施例1提供的光热蒸发装置Array-8进行含有热敏性油分的高浓度水包油乳液的油水分离测试实验，实验结果以及测试装置实物图参见图3，测试步骤包括：

步骤1、用细胞破碎机制备浓度为10wt％大豆油、硅油、轻质原油、辛烷、癸烷的稳定水包油油水乳液；

步骤2、准备一个下部钻孔可密封的圆顶有机玻璃罩，并在罩内放一个能刚好放入泡沫模板的圆柱形敞口容器，在容器中装入一定高度的10wt％大豆油乳液；

步骤3、将嵌满Array-8超薄多糖-金属离子被膜光热小柱体装置的泡沫模板放在圆柱形敞口容器中，使泡沫模板刚好能遮蔽乳液的液面；

步骤4、罩上有机玻璃罩，并在罩子的下部接一根塑料管，通入一封口容器内，以收集光热蒸发产出的水；

步骤5、将上述搭好的光热蒸发水收集装置放在太阳光模拟器下，以一个太阳光的光强照射8h，并收集蒸发产生并且冷凝在玻璃罩壁面上并由此滑下的水；

步骤6、对不同油乳液重复步骤2-5将收集到的水存放于完全洗净的容器内，用有机碳含量分析仪进行检测分析。

实验结果如图3所示，结果显示，如图3-b和3-c所示，光热蒸发装置Array-8对纳米/亚微米级油滴粒径的油水乳液有着卓越的油水分离效果，同时，经有机碳含量分析仪测试，该光热期间对包含辛烷、癸烷等易挥发性油分乳液都能表现出99.7％以上的油水分离效果，说明由于截留-蒸发界面分离使得对易挥发或热敏性油组分回收率高。

应用例3

本应用例为对实施例1-2、4提供的光热蒸发装置做高浓含有废水的光热蒸发油水分离的性能测试实验，实验结果参见图4，测试步骤包括：

步骤1、将实施例1、4提供的2个光热蒸发装置Array-2、4个光热蒸发装置Array-4、6个光热蒸发装置Array-6、8个光热蒸发装置Array-8以及10个光热蒸发装置Array-10以及实施例2提供的1个光热蒸发装置Single分别嵌入对应的六个泡沫模板，确保六个泡沫模板中的圆柱形密胺海绵的圆形截面积之和约等于直径为2.6cm；

步骤2、在直径8.8cm的培养皿中滴加10wt％大豆油乳液，使乳液液面高度为1cm，并将泡沫模板嵌在培养皿上；

步骤3、将培养皿放在水平的木板上，放在电子天秤正中间位置；

步骤4、将电子天秤放在太阳光模拟器下，使培养皿正好处于太阳光模拟器射出的样光光束中间位置，暂时关闭太阳光模拟器的灯罩；

步骤5、打开太阳光模拟器的灯罩，同时开始计时，利用电子天秤每隔5s自动记录一次质量数据，计算分析整个器件随着光热时间而发生的质量变化。

实验结果如图4所示，结果显示，光热蒸发装置Single、Array-2、Array-4、Array-6、Array-8、Array-10的蒸发性能不同，如图4-a所示Array-10的工作的质量变化最快，图4-b所示Array-10的蒸发速率最快，这说明在有效光热层光热转换面积相同的情况下，光热蒸发装置中多糖-金属离子被膜多孔材料的侧面积越大，蒸发性能最佳，这说明起到了多糖-金属离子被膜多孔材料的侧面积可以发挥辅助蒸发的作用，因此，可以通过减少或增加光热蒸发装置中多糖-金属离子被膜多孔材料的直径，增加或减少侧面积来调控光热蒸发装置的蒸发速率。

测试例4

本测试例通过显微镜对实施例6-7提供的光热蒸发装置中海藻酸钠-钙被膜进行结构观察及厚度测试，其结果参见图5。

从图5-a可以看出，实施例6中不是所有氯化钙溶液都能与海藻酸钠在多孔材料表面交联反应形成平整无缺海藻酸钠-钙被膜，如0.05wt％的氯化钙溶液都就无法形成平整无缺海藻酸钠-钙被膜，而大于等于0.25wt％的氯化钙溶液都就可以形成平整无缺海藻酸钠-钙被膜，并且氯化钙溶液浓度越高，海藻酸钠-钙被膜厚度越厚。

从图5-b可以看出，实施例7中不同静置时间制备得到的海藻酸钠-钙被膜厚度不同，静置时间越长，海藻酸钠-钙被膜厚度越厚，这说明本申请提供的制备方法可以通过控制反应物浓度以及反应交联时间来调控海藻酸钠-钙被膜厚度，进而调控油水分离的效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和优化，这些改进和优化也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置在油水分离领域中的应用，其特征在于，所述截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置包括：多糖-金属离子被膜多孔材料和光热层；

所述光热层包覆在所述多糖-金属离子被膜多孔材料的部分表面；

所述多糖-金属离子被膜多孔材料包括：多糖-金属离子被膜和多孔材料；

所述多糖-金属离子被膜包覆在所述多孔材料表面；

所述截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置的制备方法包括以下步骤：

步骤1、将内部含有金属盐溶液的多孔材料浸没在多糖溶液中，交联反应得到多糖-金属离子被膜多孔材料；

步骤2、在所述多糖-金属离子被膜多孔材料部分表面包覆光热转换材料，得到截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置；

所述金属盐溶液浓度不低于0.25 wt%，所述多糖溶液浓度不低于2 wt%。

2.根据权利要求1所述的截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置在油水分离领域中的应用，其特征在于，所述多孔材料为泡沫铜和/或密胺海绵。

3.根据权利要求1所述的截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置在油水分离领域中的应用，其特征在于，所述多糖-金属离子被膜选自海藻酸钠-钙离子被膜、卡拉胶-钙离子被膜或壳聚糖-铜离子被膜。

4.根据权利要求1所述的截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置在油水分离领域中的应用，其特征在于，所述光热层中光热转换材料选自黑色墨水、石墨烯、金属纳米粒子、竹炭粉中的任意一种或多种。

5.根据权利要求4所述的截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置在油水分离领域中的应用，其特征在于，步骤2具体包括：将所述多糖-金属离子被膜多孔材料部分表面浸没在所述多糖和光热转换材料的混合溶液中，在所述多糖-金属离子被膜多孔材料部分表面包覆光热转换材料，交联反应得到截留-蒸发界面分离型光热蒸发装置。