本發(fā)明屬于光熱轉(zhuǎn)化材料，具體涉及一種木基雙對流結(jié)構(gòu)太陽能界面蒸發(fā)器的制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著生態(tài)環(huán)境的惡化，世界可用的淡水資源逐漸枯竭，全球正面臨著淡水短缺的威脅。地球擁有著豐富的海水資源，海水淡化無疑是解決淡水短缺問題的有效策略之一。然而，傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)(如電滲析和反滲透)仍面臨著能耗過高、工藝流程復(fù)雜、能源成本巨大等一系列問題。太陽能作為一種環(huán)境友好的可再生能源，自古以來就被廣泛使用，太陽能界面蒸發(fā)技術(shù)(sie)利用綠色能源太陽能，通過在蒸發(fā)裝置氣液界面上進(jìn)行光熱蒸是緩解淡水資源短缺發(fā)來獲取淡水，無需額外的能耗且工藝流程簡單，因此太陽能驅(qū)動(dòng)的界面水蒸發(fā)被認(rèn)為最有效途徑之一。但是傳統(tǒng)蒸發(fā)器雖性能卓越但制作過程繁瑣且性能低，如光熱轉(zhuǎn)換能力較差與表面濕度較大導(dǎo)致的蒸發(fā)性能降低及穩(wěn)定性差。

2、近年來，太陽能蒸發(fā)器引發(fā)了極大的關(guān)注。例如，中國專利cn?111170393?a公開了一種具有中空結(jié)構(gòu)的太陽能蒸發(fā)器及其制備方法和應(yīng)用，該發(fā)明提供一種太陽能蒸發(fā)器，所述太陽能蒸發(fā)器的內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，外部為具有兩層結(jié)構(gòu)的殼層，兩層結(jié)構(gòu)分別為多孔高分子骨架內(nèi)層和光熱材料形成的外層。該發(fā)明所得太陽能蒸發(fā)器在模擬太陽光(一個(gè)太陽光強(qiáng)：1kwm-2)的照射下，蒸發(fā)速率最高值可以達(dá)到1.476kg?m-2h-1，蒸發(fā)效率最高值可以達(dá)到92.9％。但是，由于多孔高分子骨架結(jié)構(gòu)的曲折度較高，導(dǎo)致該太陽能蒸發(fā)器水運(yùn)輸速率和離子擴(kuò)散速率較慢，此外，在長時(shí)間的海水淡化過程中，鹽份會(huì)逐漸析出并堵塞孔道，導(dǎo)致蒸汽無法溢出，使光蒸發(fā)性能明顯下降。

3、為了提高水運(yùn)輸速率和離子擴(kuò)散速率，中國專利cn?112794307?a公開了一種雙層整體式光熱轉(zhuǎn)化材料的制備方法，通過低溫冷凍和冷凍干燥法制備得到具有垂直的孔道結(jié)構(gòu)的聚糖氣凝膠基體，然后高溫碳化得到原位碳化的殼聚糖氣凝膠。大量的垂直排列的孔道結(jié)構(gòu)能夠?yàn)樘柲苷舭l(fā)器的上層的光吸收體提供充足水分。但是，部分碳化的方法可能會(huì)引起殼聚糖氣凝膠上層結(jié)構(gòu)的破壞和體積的收縮，干擾了水運(yùn)輸速率和離子擴(kuò)散速率，此外，部分碳化所形成的光熱材料的光吸收率還有待提高。

4、因此，研究開發(fā)一種提高水傳輸速度、加快光熱轉(zhuǎn)換和降低表面濕度，穩(wěn)定性高、無鹽析且制備方法簡單的太陽能界面蒸發(fā)器的制備方法非常重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在解決上述技術(shù)問題，提供一種木基雙對流結(jié)構(gòu)太陽能界面蒸發(fā)器的制備方法，該方法工藝簡單，制備得到的太陽能界面蒸發(fā)器保留了木材有序多孔的通道，且其蒸發(fā)性能高、穩(wěn)定性好。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案為：

3、一種木基雙對流結(jié)構(gòu)太陽能界面蒸發(fā)器的制備方法，包括以下步驟：

4、（1）預(yù)處理：將椴木沿垂直樹木生長方向切割成長寬高比為3:2:2木塊，依次用去離子水和乙醇超聲處理后，干燥，得到干燥木塊；

5、（2）木基雙對流結(jié)構(gòu)太陽能界面蒸發(fā)器基底的制備：去除干燥木塊一部分中心區(qū)域，得到木基雙對流結(jié)構(gòu)太陽能界面蒸發(fā)器基底；

6、（3）前驅(qū)液的制備：將mxene粉末溶于去離子水中，超聲處理，得到前驅(qū)液；

7、（4）合成反應(yīng)：將步驟（2）中的木基雙對流結(jié)構(gòu)太陽能界面蒸發(fā)器基底與步驟（3）中的前驅(qū)液按照料液比為30mg：50ml攪拌復(fù)合，收集其產(chǎn)物，用去離子水及乙醇反復(fù)清洗，干燥后得到最終的木基雙對流結(jié)構(gòu)太陽能界面蒸發(fā)器。

8、為了避免木質(zhì)基地影響后續(xù)太陽能界面蒸發(fā)器的性能，需要依次采用去離子水和乙醇清洗干凈木塊，優(yōu)選地，本發(fā)明所述步驟（1）中，木塊與去離子水或乙醇的料液比為6.36g：50ml，木塊在去離子水和乙醇中分別超聲10-30min，優(yōu)選地，本發(fā)明所述步驟（1）中，干燥條件為50-60℃，1.5-2?h。

9、為了獲得雙對流結(jié)構(gòu)的太陽能界面蒸發(fā)器，去除干燥木塊一部分中心區(qū)域，為了獲得性能優(yōu)異的太陽能界面蒸發(fā)器，優(yōu)選地，本發(fā)明所述步驟（2）中，中心區(qū)域去除部分：以木塊長寬面中心為起點(diǎn)，分別按照與木塊對應(yīng)的長寬高的比例為（3:2）：（2:1）：（2:2）來切割出中心區(qū)域部分，如果中心部分去除過大，蒸發(fā)表面面積縮小，蒸發(fā)速率可能降低；去除過小，蒸發(fā)表面面積過大，雙對流可能形成速度較慢或難以形成，導(dǎo)致蒸發(fā)速率降低。

10、為了獲得優(yōu)異的吸光性能，本發(fā)明將mxene粉末負(fù)載到木基雙對流結(jié)構(gòu)太陽能界面蒸發(fā)器基底，協(xié)同作用提高蒸發(fā)器的蒸發(fā)性能，將mxene粉末制備成前驅(qū)液，優(yōu)選地，本發(fā)明所述步驟（3）中，mxene粉末和去離子水的料液比為3-4:5?mg/ml；超聲處理優(yōu)選1.5-2.5h。

11、為了獲得mxene粉末，優(yōu)選地，本發(fā)明所述步驟（3）中，mxene粉末的制備方法為：將lif溶解于hcl溶液中并在室溫下攪拌均勻，得到混合溶液；然后將ti3alc2加入到上述混合物溶液中，并攪拌均勻，離心分離，取固體物質(zhì)超聲處理，得到mxene粉末，優(yōu)選地，所述lif和hcl溶液的料液比為3g:50?ml；所述lif和ti3alc2的重量比為1.2:1；本發(fā)明取固體物質(zhì)超聲處理50-70?min，hcl溶液濃度為9?mol/l。

12、為了使得前驅(qū)液更均勻負(fù)載到木基雙對流結(jié)構(gòu)太陽能界面蒸發(fā)器基底上，同時(shí)為了提高蒸發(fā)器的蒸發(fā)性能，優(yōu)選地，所述步驟（4）中，向步驟（2）中的木基雙對流結(jié)構(gòu)太陽能界面蒸發(fā)器基底中加入前驅(qū)液后，還加入前驅(qū)液重量0.2-0.8%的氣相二氧化硅。氣相二氧化硅很好分散mxene粉末材料，避免mxene粉末在與木基雙對流結(jié)構(gòu)太陽能界面蒸發(fā)器基底復(fù)合過程中出現(xiàn)團(tuán)聚，使得mxene粉末材料均勻分散在木基雙對流結(jié)構(gòu)太陽能界面蒸發(fā)器基底上，同時(shí)能提高mxene粉末材料在木基雙對流結(jié)構(gòu)太陽能界面蒸發(fā)器基底上的吸附力，整體提高太陽能界面蒸發(fā)器的力學(xué)性能和后續(xù)的使用穩(wěn)定性能，整體提高蒸發(fā)器的蒸發(fā)性能。

13、由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：

14、1、本發(fā)明方法直接在木材基底表面去除中間一部分，設(shè)計(jì)了一種新型雙對流多孔結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)器，保留木材本身具有的三維有序多孔結(jié)構(gòu)，為蒸發(fā)器快速水運(yùn)輸提供大量通道，且蒸發(fā)器表面的熱集中，有效提高了蒸發(fā)速率，減少濕度高對蒸發(fā)性能的負(fù)面影響提高蒸發(fā)性能，有效避免供水不足導(dǎo)致蒸發(fā)性能降低現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)方法反應(yīng)條件溫和，制備簡單、綠色。

15、2、本發(fā)明方法采用多孔道結(jié)構(gòu)木材為基底，并負(fù)載mxene光熱材料，形成雙對流結(jié)構(gòu)，顯著增強(qiáng)了吸光能力和水分快速供給，增加蒸發(fā)表面熱集中，同時(shí)雙對流結(jié)構(gòu)有利于降低蒸發(fā)表面濕度，加快水蒸發(fā)，進(jìn)一步提高蒸發(fā)器的蒸發(fā)性能與穩(wěn)定性。

16、3、本發(fā)明方法中還添加了氣相二氧化硅，很好分散mxene粉末材料，避免mxene粉末在與木基雙對流結(jié)構(gòu)太陽能界面蒸發(fā)器基底復(fù)合過程中出現(xiàn)團(tuán)聚，使得mxene粉末材料均勻分散在木基雙對流結(jié)構(gòu)太陽能界面蒸發(fā)器基底上，同時(shí)能提高mxene粉末材料在木基雙對流結(jié)構(gòu)太陽能界面蒸發(fā)器基底上的吸附力，整體提高太陽能界面蒸發(fā)器的力學(xué)性能和后續(xù)的使用穩(wěn)定性能。

17、4、本發(fā)明通過構(gòu)建具有雙對流結(jié)構(gòu)的木基太陽能界面蒸發(fā)器在海水淡化的應(yīng)用，展現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性能，連續(xù)蒸發(fā)八小時(shí)，蒸發(fā)速率基本保持不變，且蒸發(fā)表面仍沒有鹽結(jié)晶，不僅解決了傳統(tǒng)蒸發(fā)器在海水淡化應(yīng)用中面臨的諸多挑戰(zhàn)，還為實(shí)現(xiàn)高效、低成本的淡水生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支持，對促進(jìn)可再生能源的廣泛應(yīng)用具有重大意義。