CN115260611B

CN115260611B - 一种高光热转化效率的可降解生物基泡沫材料及制备和应用

Info

Publication number: CN115260611B
Application number: CN202210690227.8A
Authority: CN
Inventors: 刘超; 李滨; 张义栋; 吴美燕; 于光; 刘哲轩; 崔球
Original assignee: Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of CAS
Current assignee: Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of CAS
Priority date: 2022-06-17
Filing date: 2022-06-17
Publication date: 2023-06-09
Anticipated expiration: 2042-06-17
Also published as: CN115260611A

Abstract

本发明提供了一种高光热转化效率的可降解生物基泡沫材料，所述的泡沫材料由木质纤维原料、橡胶胶乳和发泡剂组成。所述橡胶胶乳的用量为木质纤维原料重量的5‑60wt%；所述发泡剂的用量为木质纤维原料重量的0.5‑10wt%。所述泡沫材料的一个表面为盐酸多巴胺聚集形成的聚多巴胺层，所述聚多巴胺层呈现黑色。本发明所述的泡沫材料采用的主要原料为木质纤维和天然橡胶胶乳，均为天然生物质材料，不但来源广泛、价格低，而且可再生、绿色环保。本发明还提供了所述泡沫材料的制备方法及应用，制备方法简单、成本低，无需复杂的生产设备；而且蒸发效率高，可以用于实现高效的太阳能光热海水淡化。与现有技术相比，在成本大幅度降低的条件下实现了效果的略有提升，对于实际应用具有重要的价值。

Description

一种高光热转化效率的可降解生物基泡沫材料及制备和应用

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，涉及一种具有高光热转化效率的可降解生物基泡沫材料，可用于海水蒸发淡化、溶液浓缩和废水处理等技术领域。

背景技术

如何通过清洁的方式从海水中提取淡水资源，是当前国际关注的热点问题。由于太阳能具有可持续性，利用太阳的热量蒸发水无需额外的能量输入，为水的净化和脱盐提供了一个简单的解决方案。在传统的太阳能光热蒸发海水淡化系统中，通常是利用太阳能直接加热整个海水主体，收集海水蒸发后的淡水。这种方法通常存在两个问题：(1)需要加热海水整体，太阳能利用率低；(2) 太阳能直接加热所得海水温度低，蒸发速率小。基于此，美国麻省理工学院Gang Chen课题组2014年提出了局域化加热的概念，与传统对海水整体加热的方法相比，减少了海水整体向环境散热等带来的能量损失，从而提高了太阳能的利用效率。

此后，研究人员对局域加热系统进行了一系列研究，包括对光热蒸发材料和淡化装置结构的改进，目的都是尽可能的增加热量的利用效率，使其全部用于水的气液相变。利用自发交联用金纳米离子形成光热薄膜漂浮于表层，其在光功率密度10Wcm^-2的极光下，蒸发效率可达44％(Small,2014,10(16):3234-3239)。用Fe₃O₄/C复合纳米粒子制备的漂浮式蒸发装置，在太阳光功率密度1.36kWm^-2下，蒸发速率可达2.3Lm^-2h^-1(Energy Environ Sci,2011,4(10): 4074-4078)。Ghasemi等人开发了局部加热双层蒸发系统在10sun条件下实现85％的蒸发效率，较普通的薄层漂浮式蒸发体系大为提高(Nat Commun,2014,5:4449-4455)。Zhu等利用贵金属纳米粒子和木材结构相结合在10sun下实现效率达85％(AdvEnergy Mater,2018,8(4):1701028.)。Zhou等设计铝/阳极氧化铝系统在6sun下实现91％的太阳光利用效率(Nat Photon, 2016,10(6):393-398)。上述研究均通过将光热转换材料置于蒸发层，使大部分热量用于加热表层水并使其迅速气化，从而达到提升蒸发速率的效果。但是，前述技术方案或存在材料制备较为复杂导致的成本偏高问题，或存在设备装置价格昂贵导致的成本偏高的问题，这大大限制了海水淡化技术的大规模应用。

因此，开发方法简单、低成本的太阳光水蒸发系统是海水淡化技术大规模应用必须解决的问题，现有技术中尚未见相关报道。

发明内容

针对现有技术中海水淡化技术的需求现状，本发明提供了一种具有高光热转化效率的可降解生物基泡沫材料，所述的泡沫材料以木质纤维原料和天然胶乳为原料，表面覆盖聚多巴胺，具有高光热转化效率的泡沫材料。同时，所述的泡沫材料制备方法简单、成本低，而且蒸发效率高，无需昂贵的化学试剂和加工设备，可用于海水淡化、污水处理和液体浓缩等领域，具有重要的实际应用价值和广阔的市场前景。

本发明的技术方案：

一种高光热转化效率的可降解生物基泡沫材料，所述的泡沫材料由木质纤维原料、橡胶胶乳和发泡剂组成。所述橡胶胶乳的用量为木质纤维原料重量的5-60wt％；所述发泡剂的用量为木质纤维原料重量的0.5-10wt％。所述泡沫材料的一个表面为盐酸多巴胺聚集形成的聚多巴胺层，所述聚多巴胺层呈现黑色。所述木质纤维原料中木质素的含量不低于1wt％；所述的木质纤维原料为商品纸浆、废纸、秸秆和棉短绒中的一种或者几种。这是因为，申请人通过研究意外发现，纤维上存在的木质素能够保证聚多巴胺附着在纤维表面并进行原位生长。当纤维木质素含量大于等于1wt％时，聚多巴胺在纤维表面能够稳定附着，并进行原位生长，从而形成黑色的聚多巴胺层，从而实现了泡沫材料在光照条件下对热量的高效吸收。所述的发泡剂为十二烷基磺酸钠、辛胺、十二烷基对甲苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和天然植物皂苷中的一种或者几种。

本申请采用原材料中的木质纤维具有极好的导水性能，将泡沫材料浸入水中进行蒸发实验时，过多的水会使大量热量导入水中，从而降低了泡沫材料上表面的温度和蒸发效率。而发明人发现，橡胶胶乳不仅具有粘合性，而且具有一定疏水性；本申请所述的泡沫材料通过天然胶乳和木质纤维原料的合理配比，使泡沫的导水速率和保水性能达到最佳，从而减少无效导热的发生，增加了泡沫上表面的温度和蒸发效率。与相关研究领域一般采用石墨烯、碳纳米管、金属或者整块木材等价格较贵的材料，或者采用复杂的结构设计相比，本发明所述的泡沫材料，原料来源广泛、成本低，而实现的效果与现有技术相比，相近、甚至更好，因此具有明显的成本优势，这对于实际应用具有非常重要的意义。

如前所述的可降解生物基泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将木质纤维原料粉碎，搅拌条件下分散至水中，得到纤维分散液；所述分散液中木质纤维原料的质量浓度为2-6％。

(2)向步骤(1)得到的纤维分散液中加入橡胶胶乳和发泡剂，然后室温下在600-1500rpm 下搅拌10-30分钟充分发泡，得到泡沫混合物。

(3)将步骤(2)得到的泡沫混合物注入磨具中，过滤，得到湿泡沫，然后将湿泡沫干燥、成型，得到干泡沫。所述的过滤为真空抽滤或者常压自然过滤；所述的干燥具体为自然晾干、热风烘干、红外干燥、或者微波干燥。

(4)将步骤(3)得到的干泡沫的底部浸入乙醇、氨水和水的混合溶液中，并使上表面暴露在空气中；然后向混合液中加入盐酸多巴胺的水溶液，反应10-48小时后，在干泡沫的底部形成黑色的聚多巴胺层，即得到具备高光热转化效率的可降解生物基泡沫。其中，所述的聚多巴胺水溶液的浓度为10-80mg/mL；所述盐酸多巴胺的用量为木质纤维原料重量的10-80wt％。在本步骤中，盐酸多巴胺绝大部分聚集在泡沫表面形成聚多巴胺层，仅有少数残留在泡沫内部以及溶液中。所述的乙醇、氨水和水的混合溶液中，乙醇：氨水：水三者的体积比为(30-80):(1-3):(100-180)。

如前所述的可降解生物基泡沫材料的应用，将其应用于水分蒸发，具体包括海水淡化、污水处理或者液体浓缩。所述水分蒸发的具体方法为：将聚多巴胺层暴露在空气中(液面以上部分)，使光源照射在聚多巴胺层上；其余碳化泡沫的一部分浸入待蒸发液体，即可发挥高效蒸发作用；所述的待蒸发液体为海水、污水或者其他待浓缩液体。这是因为，本发明所制备的泡沫材料具备高效的光热转化能力，可以快速蒸发对应的液体。前述应用当中，操作简单，无需昂贵的设备，具有重要的实际应用价值和广阔的市场前景。

本发明的有益效果：

(1)本发明所述的泡沫材料采用的主要原料为木质纤维和天然橡胶胶乳，均为天然生物质材料，不仅原料易得，而且制备方法简单，无需复杂的生产设备、反应条件温和常温常压即可，因此，非常适合规模化生产和应用。

(2)本发明所述的泡沫材料，利用盐酸多巴胺能够附着在具备一定含量木质素的纤维表面并进行原位生长的特性，在泡沫表面得到黑色的聚多巴胺层，实现了泡沫材料在光照条件下对热量的高效吸收。

(3)本发明所述的泡沫不仅具备密度小、重量轻的特点，而且耐酸耐碱、水相和有机相均能稳定存在，蒸发水的光热效率高，与现有技术相比，在成本大幅度降低的条件下实现了效果的略有提升，对于实际应用具有重要的价值。

附图说明

附图1是本发明所述的泡沫材料的制备流程示意图。

附图2是本申请采用的聚多巴胺的透射电镜图a和扫描电镜图b。

附图3是本发明所述的泡沫材料的实物及扫描电镜照片；其中a泡沫材料实物照片；b和c泡沫材料在不同尺度的扫描电镜图片；d、e和f附着在木质纤维表面的聚多巴胺不同尺度的扫描电镜图片。

附图4在光源照射下本发明所述的泡沫材料上表面的聚多巴胺层水蒸发产生蒸汽的照片。

附图5是本发明所述的泡沫材料连续使用30次(单次使用时间为60分钟)的光热效率变化。

附图6本发明所述的泡沫材料在3sun光照强度下照射5min的表面温度示意图。

附图7是不含天然橡胶的泡沫材料在水中溃散的图片。

附图8是本发明所述的泡沫材料中纤维与胶乳相互作用的扫描电镜图(虚线圈为胶乳)。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1：

用粉碎机打散未漂阔叶木浆(木质素含量约为6wt％)后，取6g打散的原料置于容器中，加入200g水充分分散原料，然后加入60g浓缩天然胶乳(即橡胶胶乳)和发泡剂十二烷基硫酸钠0.3g，在1000rpm的转速下搅拌20min。通过真空抽滤方式去除多余泡沫和液体，获得湿泡沫在环境温度中放置10min，然后在60℃烘箱中干燥成型。将干燥成型的泡沫浸入乙醇、氨水和水的混合液(混合液中三组分的体积比为60:1.4:140)，同时保持泡沫的上表面暴露在空气中接触氧气。随后，向混合液中加入浓度50mg/mL的盐酸多巴胺水溶液15mL，反应48小时后，在泡沫的底部形成黑色的聚多巴胺层，即得到具备高光热转化效率的可降解生物基泡沫，图1为前述制备方法的示意图。

聚多巴胺的形貌特点如图2所示，泡沫的实物图以及泡沫的微观形态如图3所示。从图2 的透射电镜和扫描电镜图中可以看出，聚多巴胺呈现百纳米级的球状形态。这些纳米尺度的球状聚多巴胺呈现黑色，并附着泡沫材料微米级的植物纤维上(如图3中所示)，这种黑色的物质以及泡沫从纳米到微米的多尺寸层级结构对太阳光的高效利用非常有利。该泡沫在1 sun光源(1kW m^-2)照射条件下，可以快速蒸发水(如图4所示)，水蒸发速率为1.5kgm^-2h^-1，光热蒸发效率96％。光热蒸发效率基于以下公式计算：

其中，m是蒸发速率，h_LV是总显热焓和液-水相变焓(2550J g^-1)，I入射光功率密度。其它实施例的光热蒸发效率计算均采用此公式计算。

实施例2：

用粉碎机打散废瓦楞纸(木质素含量约为8wt％)至绒絮状，取4g打散的原料置于容器中，加入200g水充分分散原料，然后加入60g浓缩天然胶乳和发泡剂辛胺0.3g，在1500rpm 的转速下搅拌10min。将发泡的悬浮液倒入布氏漏斗，静置去除多余泡沫和液体，获得湿泡沫在环境温度中放置20min，然后在45℃烘箱中干燥成型。将成型的泡沫浸入乙醇、氨水和水的混合液(混合液中三组分的体积比为80:3:180)，同时保持泡沫的上表面暴露在空气中接触氧气。随后，向混合液中加入浓度60mg/mL的盐酸多巴胺水溶液30mL，反应32小时后在泡沫的底部形成黑色的聚多巴胺层，即得到具备高光热转化效率的可降解生物基泡沫。该泡沫在3sun光源(3kW m^-2)照射条件下，水蒸发速率4.7kg m^-2h^-1，光热蒸发效率95％。

实施例3：

用粉碎机打散未漂麦草浆(木质素含量约为4wt％)至絮状，随后取5g原料置于容器中，加入150g水充分分散原料，然后加入30g浓缩天然乳胶和发泡剂十二烷基甲基苯磺酸钠0.5 g，在1000rpm的转速下搅拌15min。然后将发泡的悬浮液倒入布氏漏斗，真空抽滤5秒除去多余的液体回用，得到的泡沫放入60℃烘箱中干燥成型。成型后的泡沫浸入乙醇、氨水和水的混合液(混合液组分体积比为30:1.8:150)，同时保持泡沫的上表面暴露在空气中接触氧气。随后，向混合液中加入浓度80mg/mL的盐酸多巴胺水溶液50mL，反应10小时后在泡沫的底部形成黑色的聚多巴胺层，即得到具备高光热转化效率的可降解生物基泡沫。利用得到的泡沫在2sun光源(2kW m^-2)照射条件下，水蒸发速率3.2kg m^-2h^-1，光热蒸发效率95％。

实施例4：

用粉碎机打散秸秆与废报纸混合物(木质素含量约为14wt％)至絮状后，取8g打散的原料置于容器中，加入200g水充分分散原料，然后加入50g浓缩天然胶乳和发泡剂脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠0.25g，在1000rpm的转速下搅拌30min。通过真空抽滤方式去除多余泡沫和液体，并在环境温度中放置10min，然后在70℃烘箱中干燥成型。成型后的泡沫浸入乙醇、氨水和水的混合液(混合液组分体积比为50:1:100)，同时保持泡沫的上表面暴露在空气中接触氧气。随后，向混合液中加入浓度10mg/mL的盐酸多巴胺水溶液80mL，反应48 小时后在泡沫的底部形成黑色的聚多巴胺层，即得到具备高光热转化效率的可降解生物基泡沫。

利用得到的泡沫在5sun光源(5kW m^-2)照射条件下，水蒸发速率7.2kg m^-2h^-1，光热蒸发效率94％。

实施例5：

用粉碎机打散轻度漂白漂阔叶木浆(木质素含量约为2wt％)后，取12g打散的原料置于容器中，加入200g水充分分散原料，然后加入60g浓缩天然胶乳和发泡剂十二烷基硫酸钠 0.3g，在600rpm的转速下搅拌20min。通过真空抽滤方式去除多余泡沫和液体，获得湿泡沫，在环境温度中放置10min，然后在60℃烘箱中干燥成型。成型后的泡沫浸入乙醇、氨水和水的混合液(混合液组分体积比为50:1.5:140)，同时保持泡沫的上表面暴露在空气中接触氧气。随后，向混合液中加入浓度40mg/mL的盐酸多巴胺水溶液30mL，反应48小时后在泡沫的底部形成黑色的聚多巴胺层，即得到具备高光热转化效率的可降解生物基泡沫。

该泡沫在1sun光源(1kW·m^-2)照射条件下，水蒸发速率为1.7kg m^-2·h^-1，光热蒸发效率98％。

实施例6：对实施例1-5制备的泡沫采用进行结构表征和性能测试

对实施例1-5制备的泡沫进行表征和性能测试。以实施例1为例进行详细说明。

1.本申请所述的干燥后泡沫材料中，纤维之间是通过丝状橡胶连接的(如图8所示)。若没有天然橡胶，纤维之间只能依赖氢键进行连接，易受到水分子破坏的氢键会导致降低泡沫的水中性状稳定性。本发明所述的泡沫材料，通过采用天然橡胶克服了纤维依赖单一氢键连接的弱点，从而增加了泡沫的稳定性。将本申请制备的碳化泡沫放入强酸(pH＝1)和强碱 (pH＝14)的水中浸泡，均能保持稳定形态，说明泡沫就较好的稳定性，不会轻易被酸碱液体损坏。

2.将这个碳化泡沫置于3sun光源(3kW·m^-2)照射下泡沫上表面经过5min可上升至48℃(图6)。在此光强度下，进行光蒸发水的连续重复验证试验。泡沫经过连续30次测试(单次测试60min)，其光热蒸发效率均保持在90％以上(图5)，泡沫也具有良好的应用稳定性。

3.将实施例1中制得的碳化泡沫置于20％NaCl的盐水中，在1sun(1kW m^-2)照射下连续工作10小时，未出现盐结块、堵塞从而影响蒸发速率问题。另外，向已经进入盐水的碳化泡沫上表面撒上盐，这些盐也很快消散，并不会影响正常的光热蒸发过程。本发明其它实施例制备的泡沫在盐水中进行水蒸发工作时，均不会出现积盐现象，蒸发效率稳定。

实施例7：蒸发介质为糖溶液

将实施例1中制得的泡沫材料浸入5％的葡萄糖溶液中，辅以2sun光源(2kW m^-2)的长时间照射，可以将葡萄糖溶液的浓度从5％浓缩至35％。浓缩过程中其水蒸发速率会从3.0 kg m^-2h^-1降低至2.8kg m^-2h^-1，光热蒸发效率逐渐从92.5％降低至85.6％。虽然随着糖溶液浓度的增加，光热效率会略有降低，但该材料依然具有良好的光热蒸发浓缩糖溶液能力。

实施例8：蒸发介质为盐溶液

将实施例2中制得的泡沫材料浸入5％的NaCl溶液中，辅以1sun光源(1kW m^-2)的长时间照射，可以将NaCl溶液的浓度从5％浓缩至25％。浓缩过程中其水蒸发速率会从1.57kgm^-2h^-1降低至1.26kg m^-2h^-1，光热蒸发效率逐渐从98.1％降低至78.6％。虽然随着盐溶液浓度的增加，光热效率会略有降低，但该材料依然具有良好的光热蒸发浓缩盐溶液能力。

利用此泡沫浓缩KCl、Na₂SO₄等盐溶液均可获得类似的效果。

对比实施例1：利用木质素为零的原料的对比实施例

用粉碎机打散漂白阔叶木浆(其木质素含量接近零)后，取6g打散的原料置于容器中，加入200mL水充分分散原料，然后加入60mL浓缩天然胶乳和发泡剂十二烷基硫酸钠0.3g，在1000rpm的转速下搅拌20min。通过真空抽滤方式去除多余泡沫和液体，获得湿泡沫在环境温度中放置10min，然后在60℃烘箱中干燥成型。将干燥成型的泡沫浸入乙醇、氨水和水的混合液(混合液组分体积比为60:1.4:140)，同时保持泡沫的上表面暴露在空气中接触氧气。随后，向混合液中加入浓度50mg/mL的盐酸多巴胺水溶液60mL，反应48小时后得到发黑的泡沫，但黑色不均匀。同时，尚有大量黑色物质悬浮在液体中，不能有效吸附在泡沫表面。

取此泡沫在1sun光源(1kW m^-2)照射条件下进行光热蒸发验证试验，其具体水蒸发速率为0.7kg m^-2h^-1，光热蒸发效率仅为45％。这说明，采用不含木质素的原料制备泡沫，会造成聚多巴胺流失，同时其光热转化效率也大幅下降。

对比实施例2：不添加天然橡胶的对比实施例

用粉碎机打散未漂阔叶木浆后，取6g打散的原料置于容器中，加入200mL水充分分散原料，然后加入发泡剂十二烷基硫酸钠0.3g，在1000rpm的转速下搅拌20min。通过真空抽滤方式去除多余泡沫和液体，获得湿泡沫在环境温度中放置10min，然后在60℃烘箱中干燥成型。将干燥成型的泡沫浸入乙醇、氨水和水的混合液(混合液组分体积比为60:1.4:140)后，大约10min泡沫就会溃散为纤维悬浮液(如图7所示)，无法完成整个泡沫材料的制备过程。而本申请的实施例1采用了同样的泡沫制备条件，其制备的泡沫在强酸或者强碱溶液中均可稳定存在，因此可以顺利进行光热转化蒸发水。

综上可知，本发明所述的泡沫材料采用木质纤维和天然橡胶胶乳为主要原料，并在泡沫表面得到黑色的聚多巴胺层，不但制备方法简单，而且原材料便宜且易得、绿色环保。此外，本申请所述的泡沫材料，具备耐酸耐碱的性能，在水相和有机相均能稳定存在，而且蒸发水的光热效率高，在进行光热蒸发水时可以长时间保持较高的光热利用率。与现有技术相比，本申请所述的泡沫材料在成本大幅度降低的条件下实现了效果的略有提升，对于实际应用具有重要的价值。

Claims

1.一种高光热转化效率的可降解生物基泡沫材料，其特征在于：所述的泡沫材料由木质纤维原料、橡胶胶乳和发泡剂组成；所述橡胶胶乳的用量为木质纤维原料重量的5-60wt%；所述发泡剂的用量为木质纤维原料重量的0.5-10wt%；所述泡沫材料的一个表面为盐酸多巴胺聚集形成的聚多巴胺层，所述聚多巴胺层呈现黑色；所述木质纤维原料中木质素的含量不低于2wt%。

2.根据权利要求1所述的可降解生物基泡沫材料，其特征在于：所述的木质纤维原料为商品纸浆、废纸、秸秆、棉花和棉短绒的一种或者几种。

3.根据权利要求1所述的可降解生物基泡沫材料，其特征在于：所述的发泡剂为十二烷基磺酸钠、辛胺、十二烷基对甲苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和天然植物皂苷中的一种或者几种。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的可降解生物基泡沫材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将木质纤维原料粉碎，搅拌条件下分散至水中，得到纤维水分散液；所述分散液中木质纤维原料的质量浓度为2-6%；

（2）向步骤（1）得到的纤维水分散液中加入橡胶胶乳和发泡剂，然后室温下在600-1500rpm下搅拌10-20分钟充分发泡，得到泡沫混合物；

（3）将步骤（2）得到的泡沫混合物注入磨具中，过滤，得到湿泡沫，然后将湿泡沫干燥、成型，得到干泡沫；

（4）将步骤（3）得到的干泡沫的底部浸入乙醇、氨水和水的混合溶液中，并使上表面暴露在空气中；然后向混合液中加入适量盐酸多巴胺的水溶液，反应10-48小时后，在干泡沫的底部形成黑色的聚多巴胺层，即得到具备高光热转化效率的可降解生物基泡沫。

5.根据权利要求4所述的可降解生物基泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的盐酸多巴胺水溶液的浓度为10-80 mg/mL；所述盐酸多巴胺的用量为木质纤维原料重量的10-80wt%。

6.根据权利要求5所述的可降解生物基泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的乙醇、氨水和水的混合溶液中，乙醇：氨水：水的体积比为（30-80）:（1-3）:（100-180）。

7.根据权利要求4-6中任意一项所述的可降解生物基泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的过滤为真空抽滤或者常压自然过滤；所述的干燥具体为自然晾干、热风烘干、红外干燥、或者微波干燥。

8.如权利要求1-3中任意一项所述的可降解生物基泡沫材料的应用，其特征在于：将其应用于水分蒸发，具体包括海水淡化、污水处理或者液体浓缩。

9.根据权利要求8所述的可降解生物基泡沫材料的应用，其特征在于：所述水分蒸发的具体方法为：将聚多巴胺层暴露在空气中，位于液面以上，使光源照射在聚多巴胺层上；其余碳化泡沫的一部分浸入待蒸发液体，即可发挥高效蒸发作用；所述的待蒸发液体为海水、污水或者其他待浓缩液体。