【摘要】：太陽(yáng)能作為一種取之不盡用之不竭的可再生能源,在緩解當(dāng)前人類所面臨的能源和水資源短缺等挑戰(zhàn)方面具有廣闊的發(fā)展前景。通過(guò)太陽(yáng)能蒸發(fā)技術(shù),將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能并進(jìn)一步應(yīng)用于海水淡化,可以一定程度上滿足人類對(duì)淡水資源的需求。一些在全太陽(yáng)光譜內(nèi)具有良好吸收性能的光熱轉(zhuǎn)換材料,如金屬納米粒子、碳基納米粒子等,具備優(yōu)異的光吸收和熱轉(zhuǎn)換能力。通過(guò)將這些光熱轉(zhuǎn)換材料與支撐基材進(jìn)行復(fù)合,能夠獲得具有優(yōu)異光吸收和熱轉(zhuǎn)換性能的光熱復(fù)合薄膜,將其應(yīng)用于太陽(yáng)能海水淡化領(lǐng)域在理論上可以獲得無(wú)限量的淡水資源。因此,未來(lái)這類太陽(yáng)能蒸發(fā)復(fù)合薄膜在太陽(yáng)能海水淡化等領(lǐng)域預(yù)期將得到更廣泛的應(yīng)用。本文開(kāi)發(fā)了兩種以碳納米管為光熱轉(zhuǎn)換材料的復(fù)合薄膜,包括碳納米管-聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜和碳納米管-濾紙復(fù)合薄膜并根據(jù)界面太陽(yáng)能蒸發(fā)的概念設(shè)計(jì)了膜蒸發(fā)裝置和一體化蒸發(fā)裝置,同時(shí)對(duì)其制備流程、結(jié)構(gòu)表征及太陽(yáng)能蒸發(fā)機(jī)理和性能等方面進(jìn)行了深入研究。首先通過(guò)相轉(zhuǎn)化法制備了碳納米管-聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜,實(shí)現(xiàn)了碳納米管光熱轉(zhuǎn)換材料的固定化。復(fù)合薄膜在全太陽(yáng)光譜范圍具有高效的光吸收性能,同時(shí)其自身的微孔結(jié)構(gòu)賦予了其良好的親水性,保證了薄膜在蒸發(fā)過(guò)程中保持濕潤(rùn)狀態(tài)。為了減少太陽(yáng)能蒸發(fā)過(guò)程中從薄膜流向底部水體的附加熱損失,設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一個(gè)膜蒸發(fā)裝置。其主要組件包括一個(gè)作為太陽(yáng)能吸收和光熱轉(zhuǎn)換層的碳納米管-聚偏氟乙烯薄膜、做為輸水材料的定性濾紙圓片和四條與圓片相連的條狀濾紙帶、一個(gè)作為隔熱層的氣凝膠氈。研究了碳納米管濃度和光照強(qiáng)度對(duì)碳納米管-聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜及相應(yīng)膜蒸發(fā)裝置太陽(yáng)能蒸發(fā)性能的影響并對(duì)其循環(huán)穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試。在1 kW m~(-2)的模擬太陽(yáng)光照強(qiáng)度下實(shí)現(xiàn)了84.6%熱轉(zhuǎn)換效率和1.31 kg m~-22 h~(-1)的蒸發(fā)速率。其次,利用旋涂法使鑄膜液中的碳納米管-聚偏氟乙烯顆粒均勻地負(fù)載在親水性良好的定性濾紙上構(gòu)建了碳納米管-濾紙復(fù)合薄膜,賦予了其優(yōu)異的光吸收性能;通過(guò)負(fù)載聚氨酯泡沫顯著降低了薄膜的熱損失同時(shí)構(gòu)建了一體化蒸發(fā)裝置,實(shí)現(xiàn)了光吸收、水傳輸和熱管理的完美耦合。制備得到的復(fù)合薄膜表現(xiàn)出大于95%的太陽(yáng)光高吸收率,并在光照強(qiáng)度為的1 kW m~(-2)條件下獲得了約88%的高熱轉(zhuǎn)換效率。
【圖文】：

2圖 1-1 不同太陽(yáng)能蒸發(fā)系統(tǒng)示意圖: （a）體積加熱系統(tǒng)和（b）界面加熱系統(tǒng)[ure1-1 Schematic drawing of various photothermal evaporation systems: (a)the volumsystem and (b) the interfacial system

圖 1-2 先進(jìn)界面太陽(yáng)能蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念示意圖[14]1-2 Schematic diagrams of the advanced interfacial solar vapor conversion system desconcepts[14]光吸收增強(qiáng)陽(yáng)能吸收率是評(píng)價(jià)光吸收層的光熱轉(zhuǎn)換性能的關(guān)鍵指標(biāo)，，它決定了蒸發(fā)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK511;TQ127.11;TB383.2

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本文編號(hào)：2685684