本技術(shù)涉及海水淡化，尤其是基于自漂浮太陽(yáng)能光熱蒸發(fā)器的海水淡化回收一體化裝置。

背景技術(shù)：

1、淡水資源短缺是人類(lèi)一直面臨的難題，尤其是在電力匱乏的偏遠(yuǎn)山區(qū)以及海島。太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)對(duì)于解決海島淡水資源短缺、偏遠(yuǎn)且電力資源不可到達(dá)的缺水地區(qū)的苦咸水淡化具有重要的意義。隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口與城市日漸增多和擴(kuò)張，淡水資源管理不善、水污染已經(jīng)造成了淡水資源的短缺。海水淡化與收集是作為獲取淡水最重要、最有效的途徑之一。

2、目前市場(chǎng)上的凈水產(chǎn)品主要采用過(guò)濾的方式分離獲得純凈水，過(guò)濾膜主要分為：離子交換膜、ro反滲透膜和超濾膜。以過(guò)濾膜為核心的濾芯部件通常在使用一段時(shí)間(3-24個(gè)月)后需要更換。這種過(guò)濾方式的凈水器，不僅濾芯耗材的價(jià)格昂貴，同時(shí)還需外部電能輔助工作。因此，急需一種綠色環(huán)保的凈水器以滿(mǎn)足偏遠(yuǎn)山區(qū)、獨(dú)立海島及戶(hù)外旅行等對(duì)純凈飲用水的需求。近年來(lái)，太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的界面水蒸發(fā)技術(shù)引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，其可以實(shí)現(xiàn)生態(tài)友好、低成本、安全、不依賴(lài)電力的海水淡化，并被認(rèn)為是生產(chǎn)純水的絕佳選擇，成為緩解迫在眉睫的淡水短缺危機(jī)最有前途的方法之一。

3、對(duì)于界面式太陽(yáng)能蒸發(fā)系統(tǒng)，研究者通常將重點(diǎn)放在蒸發(fā)器材料的選擇、水傳輸通道和蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上。界面式太陽(yáng)能蒸發(fā)器材料的發(fā)展多種多樣，納米纖維膜、織物、海綿、水凝膠、氣凝膠等材料的研究得到大力的發(fā)展。其中的氣凝膠基材料作為太陽(yáng)能蒸汽的新興材料之一，超高的孔隙率可使聚合物網(wǎng)絡(luò)中所捕獲的氣體抑制三維結(jié)構(gòu)的塌陷，從而具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。同時(shí)，高比表面積、低堆積密度和極低導(dǎo)熱率等優(yōu)勢(shì)使氣凝膠成為界面式太陽(yáng)能蒸發(fā)系統(tǒng)中蒸發(fā)器的理想選擇。但是氣凝膠中雜亂無(wú)序的孔隙不利于毛細(xì)力的作用進(jìn)行水傳輸，并且氣凝膠的機(jī)械脆性也阻礙了其發(fā)展。水傳輸通道對(duì)于界面式太陽(yáng)能蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)高效、連續(xù)的水蒸發(fā)有著關(guān)鍵的作用，傳統(tǒng)的三維水傳輸通道中雜亂無(wú)序且相互連接的多孔結(jié)構(gòu)，以毛細(xì)力作為驅(qū)動(dòng)，將水運(yùn)輸?shù)秸舭l(fā)層表面。但由于三維水通道直接與水體相連，在傳輸過(guò)程中會(huì)難以避免造成能量的損失，從而大大削弱熱局部化效應(yīng)。

4、光熱材料作為太陽(yáng)能的吸收轉(zhuǎn)化材料，近幾年得到科研工作者的廣泛研究，主要包括半導(dǎo)體、金屬納米粒子、碳基復(fù)合材料和有機(jī)共軛聚合物等，這些材料的光熱機(jī)制可分為電子-空穴的產(chǎn)生和弛豫、等離子局部化加熱以及分子的熱振動(dòng)。但是很多材料光熱轉(zhuǎn)換效率低、能量管理不足、親水性差等問(wèn)題仍困擾著研究者。二維納米材料mxene有著機(jī)械穩(wěn)定性好、類(lèi)型豐富、熱輻射損耗可調(diào)、光學(xué)性質(zhì)易于控制的優(yōu)點(diǎn)。然而mxene的制備或加工存在成本高、產(chǎn)量低或額外的功能化處理等問(wèn)題，從而限制了對(duì)海水淡化的應(yīng)用。

5、cn111422873b公開(kāi)了一種mxene/海藻酸鈉衍生碳三維氣凝膠及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的mxene/海藻酸鈉衍生碳三維氣凝膠的制備方法，包括如下步驟：將mxene分散液和海藻酸鈉水溶液進(jìn)行液相混合，得到mxene/海藻酸鈉混合溶液；向mxene/海藻酸鈉混合溶液中加入氯化鈣溶液，海藻酸鈉凝膠化，得到mxene/海藻酸鈉水凝膠；通過(guò)高溫處理將海藻酸鈉碳化，隨后用1-3mol/l的鹽酸和去離子水洗滌，得到mxene/海藻酸鈉衍生碳三維氣凝膠材料。上述專(zhuān)利提供的mxene/海藻酸鈉衍生碳三維氣凝膠材料，用于超級(jí)電容器領(lǐng)域時(shí)，具有較好的電化學(xué)性能。但是由于目前市面上對(duì)于mxene的制作工藝普遍存在效率較低的問(wèn)題，產(chǎn)生了一些mxene沉淀物“垃圾”。這些mxene沉淀物(ms)是由未刻蝕的max和未剝落的多層mxene(m-mxene)以及少量殘留的單層/少層mxene組成，目前mxene沉淀物在超級(jí)電容器、電磁屏蔽和智能可穿戴中得到廣泛研究。值得注意的是，這些“垃圾”ms還是性能優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換材料，但是目前還沒(méi)有研究將其應(yīng)用于海水淡化。

6、cn110655135a公開(kāi)了一種集海水淡化和大氣集水于一體的水收集裝置，包括超親疏吸收體、海水容器、淡水容器、透明罩和支架；超親疏吸收體的表面為由超親水區(qū)和超疏水區(qū)組成的超親疏圖案；用于海水淡化時(shí)，超親疏吸收體漂浮在海水容器的海水表面，透明罩罩在海水容器、淡水容器和超親疏吸收體上面；透明罩頂部為傾斜面設(shè)置，淡水容器上方的透明罩頂部的高度低于海水容器上方透明罩頂部的高度；用于大氣集水時(shí)，超親疏吸收體固定在支架上，淡水容器位于超親疏吸收體的下方。上述專(zhuān)利集海水淡化和大氣集水雙重功能于一體，可實(shí)現(xiàn)淡水收集的全天候廣區(qū)域工作，有望讓人們?cè)诟鞯貐^(qū)各氣候下都能夠獲得淡水，在一定程度上緩解了當(dāng)今社會(huì)的淡水危機(jī)。但是，蒸發(fā)器在復(fù)雜環(huán)境的長(zhǎng)期穩(wěn)定性是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能蒸發(fā)技術(shù)大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。蒸發(fā)器優(yōu)異的抗鹽、抗油污能力是決定蒸發(fā)器長(zhǎng)期穩(wěn)定蒸發(fā)的關(guān)鍵因素。所以說(shuō)，如何解決降低成本、增加光熱轉(zhuǎn)換效率、提高水蒸發(fā)效率以及耐鹽性能等問(wèn)題，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，是困擾海水淡化及污水處理領(lǐng)域技術(shù)人員的一個(gè)亟待解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了基于自漂浮太陽(yáng)能光熱蒸發(fā)器的海水淡化回收一體化裝置，以mxene沉淀物作為光熱材料，充分利用了mxene的原材料，且在實(shí)際海水淡化中實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換效率、蒸發(fā)速率、耐鹽性和抗生物/油污/特殊環(huán)境的性能，也降低了成本。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是，基于自漂浮太陽(yáng)能光熱蒸發(fā)器的海水淡化回收一體化裝置，包括一收集箱，以及傾斜設(shè)于收集箱頂部的導(dǎo)水板，在收集箱內(nèi)設(shè)有一用于將收集箱間隔成海水容納區(qū)及淡水收集區(qū)的間隔板，在海水容納區(qū)內(nèi)設(shè)有mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸鈉復(fù)合氣凝膠三維立體蒸發(fā)器，所述mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸鈉復(fù)合氣凝膠三維立體蒸發(fā)器包括一用于漂浮于海水表面上的隔熱載體，在隔熱載體的上表面設(shè)有由通過(guò)定向冷凍聚乙烯醇、海藻酸鈉和mxene沉淀物而形成的連續(xù)垂直排列的多孔通道組成的側(cè)面溫度低于環(huán)境溫度且表面具有穩(wěn)定水膜層的高蒸發(fā)速率、耐鹽的三維氣凝膠本體，在隔熱載體上陣列有孔洞，在各孔洞內(nèi)設(shè)有用于與三維氣凝膠本體接觸的導(dǎo)水件。

3、上述的基于自漂浮太陽(yáng)能光熱蒸發(fā)器的海水淡化回收一體化裝置，所述三維氣凝膠本體具有多邊形的孔隙，平均孔徑約為10-70μm。

4、上述的基于自漂浮太陽(yáng)能光熱蒸發(fā)器的海水淡化回收一體化裝置，其特征是，所述多孔通道的通道壁厚度為0.5-2μm。

5、上述的基于自漂浮太陽(yáng)能光熱蒸發(fā)器的海水淡化回收一體化裝置，垂直排列的通道的寬度為30-100μm。

6、上述的基于自漂浮太陽(yáng)能光熱蒸發(fā)器的海水淡化回收一體化裝置，所述隔熱載體為聚丙烯材料，所述孔洞的直徑為0.5cm。

7、上述的基于自漂浮太陽(yáng)能光熱蒸發(fā)器的海水淡化回收一體化裝置，所述隔熱載體是密度為0.9g/cm3的聚丙烯材料。

8、上述的基于自漂浮太陽(yáng)能光熱蒸發(fā)器的海水淡化回收一體化裝置，所述三維氣凝膠本體的高度為2.5cm-3.5cm。

9、上述的基于自漂浮太陽(yáng)能光熱蒸發(fā)器的海水淡化回收一體化裝置，所述導(dǎo)水件為棉棒。

10、本實(shí)用新型基于自漂浮太陽(yáng)能光熱蒸發(fā)器的海水淡化回收一體化裝置的有益效果是，創(chuàng)新制備了一種聚乙烯醇/海藻酸鈉(pva/sa)和mxene沉淀物復(fù)合的具有垂直多尺寸孔隙的三維立體氣凝膠蒸發(fā)器，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)組裝了太陽(yáng)能“自漂浮蒸汽冷凝回收裝置”。以棉棒作為水傳輸通道，聚丙烯作為蒸發(fā)器的支撐物漂浮在海面上，保證蒸發(fā)器的正常運(yùn)行。以mxene沉淀物為主要基材的光熱水蒸發(fā)系統(tǒng)，因其較強(qiáng)的吸水性可確保長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定蒸發(fā)。此外，由于三維氣凝膠具有一定的高度，在蒸發(fā)過(guò)程中，利用氣凝膠的側(cè)面作為冷蒸發(fā)面，可通過(guò)與周?chē)h(huán)境的溫差從環(huán)境中獲取能量，進(jìn)一步提高蒸發(fā)器的蒸發(fā)速率和能量轉(zhuǎn)換效率。該蒸發(fā)器暴露高度為2.5cm時(shí)，在一個(gè)太陽(yáng)光下的蒸發(fā)速率高達(dá)3.6kg?m-2h-1，室外連續(xù)7小時(shí)測(cè)試可實(shí)現(xiàn)18.37kg?m-2的蒸發(fā)量。通過(guò)定向冷凍設(shè)計(jì)出具有各向異性垂直通道結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能蒸發(fā)器支持高速水傳輸并促進(jìn)雙向鹽離子擴(kuò)散，在自然光條件下連續(xù)蒸發(fā)14天，蒸發(fā)器表面也沒(méi)有鹽結(jié)晶析出，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐鹽性能。另外，sa和mxene賦予的超親水性使其表面形成了水膜層，賦予了蒸發(fā)器良好的疏油性能，即使在有油污的海水中仍然可以維持長(zhǎng)期穩(wěn)定的蒸發(fā)性能?？傊怪蓖ǖ赖臍饽z蒸發(fā)器具有蒸發(fā)性能優(yōu)異、多種環(huán)境長(zhǎng)期穩(wěn)定和廢物資源利用等優(yōu)點(diǎn)。