CN116621262B

CN116621262B - 一种基于MoS2三维动态海水淡化装置

Info

Publication number: CN116621262B
Application number: CN202310747396.5A
Authority: CN
Inventors: 严俊; 林丙芬
Original assignee: Foshan Nanjia Technology Co ltd
Current assignee: Foshan Nanjia Technology Co ltd
Priority date: 2023-06-25
Filing date: 2023-06-25
Publication date: 2024-05-14
Anticipated expiration: 2043-06-25
Also published as: CN116621262A

Abstract

本发明涉及一种基于MoS₂三维动态海水淡化装置，其包括粘附有MoS₂的海绵体以及弹性体，所述海绵体插接安装于弹性体内。本发明使用水热法合成得到的二硫化钼来修饰蒸发器海绵，在蒸发同时进行光催化降解有机废水，能最大限度利用太阳能。水蒸发过程主要利用太阳光的可见光和红外区域，光降解过程主要利用太阳光的紫外和可见光区域，从而实现太阳光谱的全波段利用。

Description

一种基于MoS2三维动态海水淡化装置

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，具体涉及一种基于MoS₂三维动态海水淡化装置。

背景技术

随着工业化进程的不断加快，一方面是淡水资源严重缺乏，另一方面是工业发展造成水污染问题日益严重，纺织、油漆、印染等行业排放大量有机染料废水进入河流、湖泊等区域，染料自身不易降解，环境污染问题严重制约着人类社会的可持续发展。

到目前为止，人们已经提出多种去除水污染物方法，如吸附、沉淀、膜过滤、生物降解等。其中，光催化降解通常被认为是对环境友好成本经济的有效方法之一，通过光催化剂把光能转化为化学能来产生自由基，把水中有机分子氧化成无害的无机小分子。而太阳能蒸发器可以在蒸发水同时完成光催化降解有机染料工作，通过利用具有较好的光热转化能力和光催化活性的功能材料作为蒸发器的主体材料，来实现海水淡化同时净化水质目标。

发明内容

解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于MoS₂三维动态海水淡化装置，能够在蒸发的同时能实现水净化效果，以有效地解决现有技术存在的上述问题。

技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明提供一种基于MoS₂三维动态海水淡化装置，所述装置包括粘附有MoS₂的海绵体以及弹性体，所述海绵体插接安装于弹性体内。

进一步的，所述MoS₂通过粘合剂粘附于海绵体上。

进一步的，所述MoS₂海绵体的制备方法如下：

S1：前处理：将海绵裁剪成条状结构，依次通过超声清洗、鼓风干燥箱干燥，得到干燥洁净的海绵体；

S2：胶水海绵：将步骤S1制备的海绵体浸泡于粘合剂中20-40分钟，然后在40-80℃下干燥1-5小时，得到胶水海绵；

S3：二硫化钼海绵体：制备二硫化钼分散液，将步骤S2制备的胶水海绵浸泡于二硫化钼分散液中20-40分钟，在60-100℃下干燥10-15小时，取出，将未粘附于海绵表面的多余的二硫化钼清理，最后得到二硫化钼海绵。

优选的，步骤S1中，超声清洗包括先使用无水乙醇对其超声清洗30分钟，接着使用去离子水对其同样超声清洗30分钟；之后在50℃的鼓风干燥箱干燥8小时，得到干燥洁净的海绵。

优选的，步骤S2和S3中，海绵体浸泡于粘合剂或二硫化钼分散液中时，可使用磁力搅拌机搅拌，起到挤压作用，以便于粘合剂或二硫化钼分散液吸附于海绵体上。

优选的，步骤S3中，于干燥箱80℃干燥12小时后，去除海绵表面未粘附的二硫化钼，观察到无明显粉末掉落即可，可选用吹风机或洗耳球来完成。

进一步的，所述二硫化钼分散液的制备方法如下：将二硫化钼充分研磨，而后加入乙醇溶液超声处理，使二硫化钼充分分散于乙醇溶液中，制备得到二硫化钼分散液。

进一步的，所述二硫化钼分散液中二硫化钼的重量占比为1-3wt％。

进一步的，所述粘合剂的浓度为5-20wt％。其制备方法如下：通过将粘合剂溶解于去离子水中，得到不同浓度的粘合剂。如配制1wt％粘合剂溶液：粘合剂用量1g，去离子水用量为100g-1g＝99g。其他浓度的溶液配制方法相同。所述粘合剂选用901建筑胶水。

进一步的，所述二硫化钼制备方法如下：把四水钼酸铵与硫脲溶解在去离子水中，搅拌混合，而后将混合后的溶液转移到高压反应釜中，在150-250℃下加热15-25小时，然后冷却至室温，得到黑色产物；之后离心洗涤、干燥，得到干燥黑色二硫化钼粉末。

进一步的，所述弹性体可主动或被动压缩或伸长。

进一步的，所述弹性体采用经改性的记忆合金弹簧。优选的，所述弹性体采用经改性的镍钛记忆合金弹簧。

进一步的，所述记忆合金弹簧改性处理步骤如下：

T1：前处理：用去离子水和无水乙醇对记忆合金弹簧进行超声清洗后待其自然干燥；

T2：胶水改性：配置30-70％wt胶水溶液，把干燥后的记忆合金弹簧浸泡在该溶液中30分钟后，自然干燥；

T3：粘附二硫化钼：配制二硫化钼分散液，再将步骤T2中的弹簧放入二硫化钼乙醇溶液中充分浸泡20-40分钟后，自然干燥，最后将未粘附于弹簧上的二硫化钼清除掉。

优选的，步骤T2中，胶水溶液采用SX088胶水溶液。不同浓度胶水溶液配制方法如下：通过将胶水溶解于去离子水中得到，如，配制50％wt胶水溶液，可称取SX088胶水50g，去离子水50g，将两者充分搅拌混合。

优选的，步骤T3中将未粘附于弹簧上的二硫化钼清除掉，可选用吹风机或洗耳球来完成。

进一步的，所述海绵体采用三聚氰胺海绵，所述海绵体为圆柱体结构或长方体结构，所述海绵体的对角线或外径大于弹簧体内径，可使海绵体卡接固定于弹簧体内。

进一步的，所述海绵体为长方体结构，所述海绵体的尺寸为1*1*8cm。

进一步的，所述装置可应用于海水淡化和废水处理，且所述装置配合H₂O₂使用可有效提高废水处理效率。

有益效果

本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明中，二硫化钼纳米材料具有表面积大、活性位点丰富、带隙可调等优点，利用它进行降解有机染料既环保又经济。使用水热法合成得到的二硫化钼来修饰蒸发器海绵，在蒸发同时进行光催化降解有机废水，能最大限度利用太阳能。

(2)水蒸发过程主要利用太阳光的可见光和红外区域，光降解过程主要利用太阳光的紫外和可见光区域，从而实现太阳光谱的全波段利用。

(3)作为过渡金属二硫族化合物(TMDs)的二硫化钼(MoS₂)是一种理想材料，作为光热转换材料，它在可见光和近红外光范围内吸收光谱宽，捕获光子能力强，可以有效地将太阳能转化为热能来蒸发水。作为光催化剂，在可见光照射下它能产生大量的电子-空穴对，催化降解有机污染物。

(4)本发明所述装置，其蒸发率可达到3.34kg/m²/h，光照120分钟下，RhB降解率为70％，MB降解率为63％。而在添加H₂O₂体系中，RhB降解率达到88％。相比单一功能的太阳能蒸发器，基于MoS₂三维动态海水淡化装置有着更大的发展潜力与应用价值。

(5)本发明使用水热法合成的纳米花状二硫化钼进行修饰海绵，制备基于MoS₂三维动态海水淡化装置，在蒸发的同时光催化降解罗丹明B、亚甲基蓝染料，实现水净化作用。

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他的附图。

图1为本发明的二硫化钼粉末的制备流程图；

图2为本发明的记忆合金二硫化钼海绵蒸发器的制备流程图；

图3为本发明的二硫化钼样品的(a)1μm比例尺SEM图；(b)200nm比例尺SEM图；(c)XRD图谱；(d)FTIR谱图；(e)高分辨率Mo 3d的XPS谱图；(f)高分辨率S 2p的XPS谱图；(g)拉曼光谱；(h)水热法合成的二硫化钼粉末实物图；

图4为本发明的不同胶水浓度的MoS₂海绵的紫外可见吸收光谱；

图5为本发明的(a)MF海绵SEM图像；(b-f)分别用0wt％、5wt％、10wt％、15wt％和20wt％的901胶水浓度制成MoS₂海绵的SEM图像；

图6为实验材料的实物图；

图7为本发明的(a)对照组对RhB溶液的降解率；(b)RhB溶液在对照组环境下不同时间间隔下的紫外-可见吸收光谱；(c)经过120分钟催化降解的RhB溶液；

图8为本发明的(a)加入不同H₂O₂量，MoS₂降解RhB的动力学速率常数。(b)加入不同H₂O₂量，经过光照120min后MoS₂的RhB的降解率；

图9为本发明的(a)实验组与空白组对MB溶液的降解率。(b)经过120分钟催化降解的MB溶液；

图10为记忆合金弹簧的动态变化示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

三聚氰胺海绵，购买于深圳市联达海绵制品有限公司；

901胶水采用901建筑胶水，购买于南昌坤士利科技有限公司；

SX088胶水，购买于香港一辉集团；

镍钛记忆合金弹簧，购买于苏州星海电子商务有限公司，其外径12mm，原长18mm，加热伸长到27mm，冷却收缩至16mm，变化温度为24℃。

(一)记忆合金二硫化钼海绵制备

实施例1：

制备过程如图1所示，其制备步骤如下：

(1)二硫化钼粉末制备：使用水热法合成二硫化钼粉末。把1mmol四水钼酸铵(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H2O与30mmol硫脲(SC(NH₂)₂)溶解在35mL去离子水中，搅拌30分钟得到混合溶液，把溶液转移到50ml特氟龙内衬的高压反应釜中。在200℃下加热18小时，然后冷却至室温，得到黑色产物。使用去离子水和无水乙醇对黑色产物进行多次离心洗涤，然后在60℃干燥12小时，得到干燥黑色二硫化钼粉末。纳米花二硫化钼制备如图1所示。

实施例2：

未经处理的MF海绵，其制备步骤如下：

把三聚氰胺海绵裁剪成尺寸统一(1*1*8cm)的海绵细条，先使用无水乙醇对其超声清洗30分钟，接着使用去离子水对其同样超声清洗30分钟；之后在50℃的鼓风干燥箱干燥8小时，得到干燥洁净的三聚氰胺海绵。

实施例3-7：

二硫化钼乙醇溶液制备方法如下：使用研钵把干燥的二硫化钼粉末进行充分研磨后，称取1g二硫化钼粉末加入50ml乙醇溶液中，超声处理30分钟，使其充分分散于乙醇溶液中。

(2)二硫化钼海绵制备方法如下：

S1：把三聚氰胺海绵(MF)进行切割成尺寸为1*1*8cm的海绵条，先使用无水乙醇对其超声清洗30分钟，接着使用去离子水对其同样超声清洗30分钟；之后在50℃的鼓风干燥箱里干燥12小时，得到干燥清洁的MF海绵；

S2：使用去离子水稀释901胶水，配制不同浓度的901胶水溶液(0wt％、5wt％、10wt％、15wt％、20wt％)，把干燥的海绵分别浸泡在不同浓度的胶水溶液30分钟并使用磁力搅拌机搅拌，然后在60℃下干燥3小时，然后得到一系列不同浓度的胶水海绵。

S3：然后分别把不同浓度的胶水海绵浸泡在二硫化钼乙醇溶液中30分钟后，在80℃下干燥12小时，取出，用吹风机把海绵表面未吸附的二硫化钼清理，最后得到实验所需的二硫化钼海绵。

实施例3-7的制备流程均相同，其区别仅在于，步骤S2中901胶水的浓度不相同。实施例3-7中901胶水的浓度依次参照下表所示。

实施例	901胶水浓度/wt％
		实施例3	0
实施例4	5
		实施例5	10
实施例6	15
		实施例7	20

实施例8-12：

制备过程如图1所示，其制备步骤如下：

(2)二硫化钼海绵制备方法如下：

(3)改性弹性体制备方法如下：

T1：先使用无水乙醇对其超声清洗30分钟，接着使用去离子水对其同样超声清洗30分钟后，待其自然干燥；

T2：使用去离子水稀释SX088胶水，配制50％wt胶水溶液，其配制方法如下：通过称取SX088胶水50g，去离子水50g，将两者充分搅拌混合；把干燥后的记忆合金弹簧浸泡在该溶液中30分钟，而后自然干燥；

T3：再将其放入二硫化钼乙醇溶液中充分浸泡30分钟并使用磁力搅拌机搅拌后，自然干燥，然后用吹风机把记忆合金弹簧上未吸附的二硫化钼清除掉。

(4)记忆合金二硫化钼海绵蒸发器制备

最后把步骤S3制备的二硫化钼海绵缓慢插入步骤T3制备的记忆合金弹簧中，两者组合成为记忆合金二硫化钼海绵蒸发器。记忆合金二硫化钼海绵制备如图2所示。

实施例8-12的制备流程均相同，其区别仅在于，步骤S2中901胶水的浓度不相同。实施例8-12中901胶水的浓度依次参照下表所示。

实施例	901胶水浓度/wt％
		实施例8	0
实施例9	5
		实施例10	10
实施例11	15
		实施例12	20

(二)性能测试

(1)二硫化钼表征

二硫化钼是由钼酸铵和硫脲配置的去离子水前驱液经过水热法合成的。本发明通过实施例1制备的二硫化钼，对其表征结果如图3所示。

通过SEM观察到(图3(a)-(b))，MoS₂是纳米花状结构，微米级团簇组成花瓣状，进一步放大观察，可以发现其由许多不规则且不均匀的纳米片相互连接堆叠而成，暴露在外的花瓣边缘使得纳米结构内的缺陷增多，提供了大量的反应活性位点。花瓣直接约为400nm，边缘的厚度为约30nm，由于MoS₂纳米片的边缘悬挂着许多不饱和键，增加了体系的能量，纳米片会自动卷曲以降低表面能。

通过X射线衍射分析水热合成的二硫化钼(图3(c))，发现其表现出的衍射峰能很好对应六方晶系二硫化钼的标准图谱(JCPDS no.37-1492)，样品在衍射角2θ为13.5°、32.7°、35.9°、58.3°对应二硫化钼的(002)、(100)、(102)、(110)晶面，其中(002)面对应的衍射角(13.7°)比参考值衍射角(14.4°)出现向小角度轻微偏移现象，这种偏差可能是由于晶体缺陷引起的晶格膨胀和MoS₂层弯曲产生的应变造成的。

FTIR图谱在接近455cm^-1处出现二硫化钼的特征峰(图3(d))，为Mo-S键的振动。

由图3(e)高分辨率的XPS Mo 3d谱图中可看出，钼元素的光电子峰有两个，其结合能是231.8eV和228.5eV，分别对应于四价钼离子(Mo⁴⁺)的Mo 3d_3/2和Mo 3d_5/2两个峰。由图3(e)-(f)可见硫元素的光电子峰有三个，其结合能分别是225.8eV、162.8eV和161.5eV，分别对应于负二价硫离子(S^2-)的S 2s、S 2p_1/2和S 2p_3/2的峰。

在拉曼光谱中(图3(g))，测试样品在377cm^-1和402cm^-1处出现两个峰，它们分别对应二硫化钼的Mo-S键的E¹ _2g和A_1g的振动模式。

综上，本发明通过水热法成功合成纳米花状二硫化钼粉末。图3(h)为合成样品的实物图。

(2)二硫化钼海绵表征

本发明实施例3-7制备不同胶水浓度的二硫化钼海绵，其表征结果如下表所示。随着901胶水浓度增加(0wt％、5wt％、10wt％、15wt％、20wt％)，胶水海绵质量在不断增加(0mg、8mg、20mg、33mg、50mg)，胶水海绵负载的二硫化钼质量也在增加(10mg、38mg、44mg、52mg、60mg)，其光吸收能力和光热转换能力增强。

实施例	胶水浓度	海绵质量	胶水海绵质量	胶水二硫化钼海绵质量
					实施例3	0wt％	59mg	59mg	69mg
实施例4	5wt％	57mg	65mg	103mg
					实施例5	10wt％	58mg	78mg	122mg
实施例6	15wt％	60mg	93mg	145mg
					实施例7	20wt％	58mg	108mg	168mg

在紫外-可见光谱中(图4)，可见光范围内，仅通过范德华力物理粘附MoS₂的MF海绵(实施例3)，吸收率低于75％，而修饰了MoS₂的海绵吸收率均高于95％，表明二硫化钼具有较强的光吸收能力。

通过SEM图可以观察到(图5)，图5中a实施例2制备的未改性的MF海绵体；图5中b-f为通过胶水浓度(0wt％、5wt％、10wt％、15wt％、20wt％)改性的海绵体，随着胶水浓度的增加，MF海绵内负载的MoS₂纳米材料增多，MoS₂纳米颗粒紧密地负载海绵内部通道，形成局部聚集和无规则分布，同时MF海绵内部的通道也没有被阻塞。图6为实验材料的实物图。

(3)蒸发性能

采用500W短弧氙灯，生产于北京畅拓科技公司，型号为CHF-XM-500W，作为本实验光源。

蒸发实验：使用氙灯模拟26℃环境下的太阳辐射，光照射强度为1.5kW/m²,使用电子分析天平实时监测蒸发过程中的3.5wt％NaCl的质量损失。环境温度约为23℃，环境湿度约为50％。蒸发速率(V)：

其中m是蒸发过程中水的质量变化量(kg)，S为蒸发器有效光照面积(m2),t为光照时间(h)。能量转换效率(η)：

其中V是蒸发速率，C_p是水的比热容，ΔT是蒸汽温度与环境温度之差。ΔH_vap是水在各自的温度下蒸发潜焓，Q_i是太阳光照射强度。

为了研究蒸发性能，我们使用3.5wt％NaCl溶液模拟海水，测量在1.5个太阳辐射下的溶液的质量变化。

空白组：在没有蒸发器的条件下，3.5wt％NaCl溶液直接作为太阳光的吸收体，在1.5个太阳辐射下的蒸发速率仅为0.54kg/m²/h。

为探究不同胶水浓度制作的蒸发器的蒸发速率，将实施例9-12制作的蒸发器进行蒸发性能测试，具体将实施例9-12制备的蒸发器放置于3.5wt％NaCl溶液，且实施例9-12中海绵体顶部距离水面的高度均相同，并设置为3cm。其蒸发性能测试结果如下表所示：

从上表可以看到，随着胶水浓度的增加，蒸发器的蒸发速率在不断提升，当胶水浓度为20wt％时，二硫化钼粘附在海绵的量较多，光吸收能力和光热转换能力增强，蒸发器的蒸发速率达到最大值为3.34kg/m²/h。

(4)光催化性能

选用实施例12胶水浓度为20wt％的记忆合金二硫化钼海绵用作光催化实验。

光催化实验方法：将其放入于80ml的RhB溶液中，其中溶液浓度为50mg/L，在黑暗环境中静置30分钟以达到吸附-解吸平衡，然后转移到1.5kW/m²光照环境(500W氙灯)下进行光催化实验。

在设定的时间间隔(t)，每次取出3ml的Rhb溶液通过测量其吸光度来求其浓度。对浓度为50mg/L的80mlMB溶液进行同样操作处理。降解率(DR)为:

降解速率常数(k)为:

其中Co为起始时间浓度，Ct为t分钟染料的浓度。

设置光催化对照组1-10，对照组1-10的光催化实验方法相同，其均选用实施例12胶水浓度为20wt％的记忆合金二硫化钼海绵用作光催化实验：

对照组1：无光有MoS₂海绵

将记忆合金二硫化钼海绵放入于80ml的RhB溶液中，其中溶液浓度为50mg/L，在黑暗环境中静置30分钟以达到吸附-解吸平衡，然后继续在黑暗环境下进行光催化实验。

对照组2：有光无MoS₂海绵

80ml的RhB溶液中，其中溶液浓度为50mg/L，在黑暗环境中静置30分钟，然后转移到1.5kW/m²光照环境(500W氙灯)下进行光催化实验。

对照组3：有光有MoS₂海绵

将记忆合金二硫化钼海绵放入于80ml的RhB溶液中，其中溶液浓度为50mg/L，在黑暗环境中静置30分钟以达到吸附-解吸平衡，然后转移到1.5kW/m²光照环境(500W氙灯)下进行光催化实验。

对照组4：有光有MoS₂海绵+3ml 10wt％H₂O₂

将记忆合金二硫化钼海绵放入于80ml的RhB溶液中，其中溶液浓度为50mg/L，同时在RhB溶液中添加3ml 10wt％H₂O₂，在黑暗环境中静置30分钟以达到吸附-解吸平衡，然后转移到1.5kW/m²光照环境(500W氙灯)下进行光催化实验。

对照组5：有光有MoS₂海绵+5ml 10wt％H₂O₂

将记忆合金二硫化钼海绵放入于80ml的RhB溶液中，其中溶液浓度为50mg/L，同时在RhB溶液中添加5ml 10wt％H₂O₂，在黑暗环境中静置30分钟以达到吸附-解吸平衡，然后转移到1.5kW/m²光照环境(500W氙灯)下进行光催化实验。

对照组6：有光有MoS₂海绵+7ml 10wt％H₂O₂

将记忆合金二硫化钼海绵放入于80ml的RhB溶液中，其中溶液浓度为50mg/L，同时在RhB溶液中添加7ml 10wt％H₂O₂，在黑暗环境中静置30分钟以达到吸附-解吸平衡，然后转移到1.5kW/m²光照环境(500W氙灯)下进行光催化实验。

对照组7：有光有MoS₂海绵+9ml 10wt％H₂O₂

将记忆合金二硫化钼海绵放入于80ml的RhB溶液中，其中溶液浓度为50mg/L，同时在RhB溶液中添加9ml 10wt％H₂O₂，在黑暗环境中静置30分钟以达到吸附-解吸平衡，然后转移到1.5kW/m²光照环境(500W氙灯)下进行光催化实验。

对照组8：无光有MoS₂海绵

将记忆合金二硫化钼海绵放入于80ml的MB溶液中，其中溶液浓度为50mg/L，在黑暗环境中静置30分钟以达到吸附-解吸平衡，然后继续在黑暗环境下进行光催化实验。

对照组9：有光无MoS₂海绵

80ml的MB溶液中，其中溶液浓度为50mg/L，在黑暗环境中静置30分钟，然后转移到1.5kW/m²光照环境(500W氙灯)下进行光催化实验。

对照组10：有光有MoS₂海绵

将记忆合金二硫化钼海绵放入于80ml的MB溶液中，其中溶液浓度为50mg/L，在黑暗环境中静置30分钟以达到吸附-解吸平衡，然后转移到1.5kW/m²光照环境(500W氙灯)下进行光催化实验。

其中，对照组1-7用于对RhB(罗丹明B)的催化降解，对照组8-10用于对MB(亚甲基蓝)的催化降解。

1)对照组1-3对RhB的催化降解

从图7可以观察到，对照组1在无光环境下30分钟二硫化钼海绵基本已达到吸附-解吸平衡，随着时间的增加，RhB溶液浓度缓慢降低，120分钟后，在无光环境下二硫化钼海绵对RhB的降解率为12％，同样作为空白实验，对照组2在有光照没有催化剂的情况下，染料的自降解可以忽略不计，随着光照时间的增加，溶液在光照环境下蒸发，溶液浓度缓慢增大。而对照组3在光照环境下，MoS₂海绵对RhB的降解率达到70％。RhB溶液吸收峰强度随着时间的增加而降低。

2)对照组3-7对RhB的催化降解

分别加入0ml、3ml、5ml、7ml、9ml的10wt％H₂O₂，降解RhB的动力学速率常数为0.0097、0.0134、0.0149、0.0164(图8(a))，经过120分钟后，它们各自的降解率为70％、81.8％、84.6％、88.1％(图8(b))，随着3wt％H₂O₂溶液添加量增加，MoS₂海绵对RhB光降解速度不断提高。

MoS₂纳米材料具有光催化特性。当MoS₂吸收足够光子能量后，能产生电子-空穴对，其中电子从价带激发到导带，在导带(CB)上产生带负电的电子(e^-)，在价带(VB)上留下带正电的空穴(h⁺)，方程(4-3)所示。催化剂表面的氧空位充当电子陷阱，抑制电子-空穴复合。光生电子随着吸附在MoS²表面的O₂发生氧化，形成超氧化物阴离子自由基方程(4-4)所示。光生空穴很容易被有机分子氧化，或者它与H₂O或/>子反应氧化为羟基自由基(OH˙)，如方程(4-5)和(4-6)所示。最后，羟基自由基(OH˙)和超氧化物阴离子自由基/>与污染物发生氧化还原反应，如方程(4-7)和(4-8)所示将各种有机污染物降解为CO₂、H₂O等小分子。

MoS₂ + hv → MoS₂(e^-+ h⁺) (4-3)

MoS₂(h⁺) + H₂O → MoS₂ + H⁺ + OH˙ (4-5)

MoS₂(h⁺) + OH^—→ MoS₂ + OH˙ (4-6)

OH˙+ Pollutant → H₂O + CO₂ (4-7)

加入H₂O₂能有效提升光催化性能。这是因为MoS₂的光活化和H₂O₂的活化，产生丰富的活性氧，协同作用提高降解率。H₂O₂接收来自MoS₂的电子时，会发生分解，如方程(4-9)所示。此外MoS₂光活化产生的光生电子可以进一步转化过氧化氢，生成OH˙如方程(4-10)所示。MoS₂价带中积累的空穴可以与表面的OH—离子发生反应，生成高活性羟基自由基(OH˙)，如方程(4-11)所示。高活性的OH˙、e-和h+可以有效降解有机染料，方程(4-12)所示。H₂O₂的适量添加能有效提光催化降解性能，提高净化水质能力。但过量的H₂O₂会消耗OH˙而产生氢过氧自由基(HO₂˙)，其氧化能力弱于OH˙。

Mo⁴⁺+H₂O₂→Mo⁵⁺+ OH˙+OH^— (4-9)

H₂O₂+MoS₂(e^-) + hv→ OH˙+OH^— (4-10)

MoS₂(h⁺) + OH^—→ MoS₂ + OH˙ (4-11)

OH˙+ h⁺+e^-+pollutant→intermediate→CO₂+H₂O (4-12)

3)对照组8-10对MB的催化降解

如图9所示，二硫化钼对染料亚甲基蓝染料同样有降解作用，在对照组9有光照没有二硫化钼海绵的条件下，染料浓度自降解可以忽略不计，在对照组8没光照有二硫化钼海绵的条件下，二硫化钼自身已基本达到吸附-解吸平衡，染料浓度变化不大。而在对照组10光照环境下二硫化钼进行光催化降解染料，经过120分钟后，降解率达到63％。

对照组	催化剂	污染物	污染物浓度	光照时间	降解率
						对照组3	MoS₂	RhB	50mg/L，80ml	120min	70％
对照组9	MoS₂	MB	50mg/L，80ml	120min	63％

(5)抗盐性测试

如图10所示，选用实施例12的记忆合金二硫化钼海绵，在低温下(0℃)，记忆合金压缩到2cm，高浓度盐水从蒸发器里排出，在高温下(29℃)，记忆合金能逐渐伸长到2.4cm，蒸发器从周围环境吸收低浓度盐水。通过这样反复压缩伸长动态过程，可以及时排出蒸发器内部的高浓度盐水，减少盐晶体在蒸发器表面的积聚，有效提高蒸发速率。而且记忆合金弹簧的动态变化能发挥类似水泵作用，有效输送水分到蒸发器顶面保持其足够的湿润。而普通蒸发器随着蒸发时间的延长，蒸发器表面逐渐积累盐晶体。

综上可知，二硫化钼纳米材料具有表面积大、活性位点丰富、带隙可调等优点，利用它进行降解有机染料既环保又经济。使用水热法合成得到的二硫化钼来修饰蒸发器海绵，在蒸发同时进行光催化降解有机废水，能最大限度利用太阳能。水蒸发过程主要利用太阳光的可见光和红外区域，光降解过程主要利用太阳光的紫外和可见光区域，从而实现太阳光谱的全波段利用。在1.5个光照下，蒸发率达到3.34kg/m²/h，光照120分钟下，RhB降解率为70％，MB降解率为63％。而在添加H₂O₂体系中，RhB降解率达到88％。相比单一功能的太阳能蒸发器，基于MoS₂三维动态海水淡化装置有着更大的发展潜力与应用价值。

本发明使用水热法合成的纳米花状二硫化钼进行修饰海绵，制备基于MoS₂三维动态海水淡化装置，在蒸发的同时光催化降解罗丹明B、亚甲基蓝染料，实现水净化作用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的保护范围。

Claims

1.一种基于MoS₂三维动态海水淡化装置，其特征在于，所述装置包括粘附有MoS₂的海绵体以及弹性体，所述海绵体插接安装于弹性体内，且海绵体卡接固定于弹性体内；

所述粘附有MoS₂的海绵体的制备方法如下：

S1：前处理：将海绵裁剪成条状结构，依次通过超声清洗、干燥箱干燥，得到干燥洁净的海绵体；

S2：胶水海绵：将步骤S1制备的海绵体浸泡于粘合剂中，时间20-40分钟，然后在40-80℃下干燥1-5小时，得到胶水海绵；

S3：二硫化钼海绵体：制备二硫化钼分散液，将步骤S2制备的胶水海绵浸泡于二硫化钼分散液中20-40分钟，在60-100℃下干燥10-15小时，取出，将未粘附于海绵体表面的二硫化钼清理，最后得到二硫化钼海绵体；

其中，所述二硫化钼分散液的制备方法如下：将二硫化钼充分研磨，而后加入乙醇溶液超声处理，使二硫化钼充分分散于乙醇溶液中，制备得到二硫化钼分散液；

所述二硫化钼制备方法如下：把四水钼酸铵与硫脲溶解在去离子水中，搅拌混合，而后将混合后的溶液转移到高压反应釜中，在150-250℃下加热15-25小时，然后冷却至室温，得到黑色产物；之后离心洗涤、干燥，得到干燥黑色二硫化钼粉末；

所述弹性体可主动或被动压缩或伸长，所述弹性体采用经改性的记忆合金弹簧。

2.根据权利要求1所述的一种基于MoS₂三维动态海水淡化装置，其特征在于，所述二硫化钼分散液中二硫化钼的重量占比为1-3 wt%。

3.根据权利要求1所述的一种基于MoS₂三维动态海水淡化装置，其特征在于，所述粘合剂的浓度为5-20wt%。

4.根据权利要求1所述的一种基于MoS₂三维动态海水淡化装置，其特征在于，所述记忆合金弹簧改性处理步骤如下：

T2：胶水改性：配置30-70%wt胶水溶液，把干燥后的记忆合金弹簧浸泡在该溶液中20-40分钟后，自然干燥；

5.根据权利要求1所述的一种基于MoS₂三维动态海水淡化装置，其特征在于，所述海绵体采用三聚氰胺海绵，所述海绵体为圆柱体结构或长方体结构，所述海绵体的对角线或外径大于弹簧体内径。