【摘要】：太陽能蒸汽轉(zhuǎn)化是一種利用綠色清潔能源緩解水資源短缺的技術(shù),在污水處理、海水淡化、蒸餾及滅菌等領(lǐng)域的應(yīng)用前景較為廣闊。界面加熱技術(shù)的發(fā)展極大地提高了蒸汽轉(zhuǎn)化效率,進(jìn)一步推廣了太陽能蒸汽轉(zhuǎn)化技術(shù)在實際中的應(yīng)用。但是,由于太陽能吸收體對光的利用率不高及器件結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠合理等原因,太陽能蒸汽轉(zhuǎn)化器件的蒸發(fā)效率并不高,因此,限制了該技術(shù)在生產(chǎn)生活中的進(jìn)一步應(yīng)用。許多學(xué)者致力于設(shè)計高效的蒸汽轉(zhuǎn)化器件,以滿足實際應(yīng)用中的需求。為提高器件的蒸發(fā)水效率,學(xué)者們更加關(guān)注光吸收材料的選擇、器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及器件的穩(wěn)定性等方面。過渡金屬氧族化物(如過渡金屬氧化物和二硫化物)的光吸收范圍與太陽光譜非常接近,具有寬光譜吸收能力,并且在近紅外和可見光范圍的消光系數(shù)較高。因此,這類材料的光熱轉(zhuǎn)換性能非常好,是一種理想的吸光材料。本論文以非化學(xué)計量比氧化鎢(W18O49)、二硫化鉬(MoS2)、二氧化鉬(MoO2)為光吸收材料,通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計,制備一種高效的太陽能蒸發(fā)水器件。論文的主要研究內(nèi)容如下:1.W18O49/PTFE復(fù)合材料的制備及其在太陽能蒸汽轉(zhuǎn)化的性能研究通過利用豐富的太陽能資源,太陽能蒸汽轉(zhuǎn)化技術(shù)多用于蒸汽形成、海水淡化等領(lǐng)域。學(xué)者們致力于設(shè)計合理的器件結(jié)構(gòu)以提高器件的蒸發(fā)效率,包括提高光吸收能力、增強光熱轉(zhuǎn)換效率、實現(xiàn)局部加熱、具備水傳輸功能等方面。本章中,我們選擇W18049介觀晶體作為光熱轉(zhuǎn)換材料,并將其負(fù)載于親水的PTFE膜上,以此構(gòu)成一種高效的太陽能蒸發(fā)水器件。非化學(xué)計量比W18O49介觀晶體與PTFE膜的結(jié)合通過XRD、SEM、TEM、XPS等表征手段證明,該器件可吸收太陽光轉(zhuǎn)換成熱并實現(xiàn)界面蒸汽轉(zhuǎn)化。該太陽能蒸發(fā)水器件的結(jié)構(gòu)可通過SEM和接觸角測試儀進(jìn)行表征,該器件具有一面親水一面疏水的特點,既能保證器件漂浮于水面,又可為W18049介觀晶體加熱層提供持續(xù)的水分供應(yīng)。在一個太陽光下照射一小時后,該器件的蒸發(fā)水速率可達(dá)1.13 kg m-2(膜厚度M/A=9.83 g m-2),蒸發(fā)水效率可達(dá)80.7%。經(jīng)計算,W18049@PDMS介觀晶體膜在一個太陽光下照射一小時的極限水蒸發(fā)速率為1.15 kg m-2,極限蒸發(fā)水效率為82%。該器件的模擬海水淡化實驗表明,經(jīng)過處理的水中離子含量低于世界衛(wèi)生組織(WTO)的飲用水標(biāo)準(zhǔn)。因此,本章中通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計提高了器件的蒸發(fā)水效率,為進(jìn)一步推廣太陽能蒸汽轉(zhuǎn)化技術(shù)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。2.MoS2/玻璃纖維布復(fù)合材料的制備及其在太陽能海水淡化的應(yīng)用太陽能驅(qū)動的光熱蒸汽技術(shù)可以有效緩解水資源短缺的問題。本章中,利用原位水熱沉積方法,初步構(gòu)建了一種基于海綿狀MoS2負(fù)載于玻璃纖維布(GF)的高效太陽能水蒸發(fā)器件。MoS2納米片均勻包裹在玻璃纖維表而(厚度大約為1 μm),構(gòu)建了一種三維粗糙表面。在此結(jié)構(gòu)設(shè)計下,玻璃纖維布表面的三維納米結(jié)構(gòu)能夠有效增強光的內(nèi)部散射,MoS2納米片具有全光譜的光吸收能力,并且玻璃纖維間的縫隙能夠為水分和蒸汽提供運輸通道。在一個太陽光下,該器件被照射一小時后的蒸發(fā)水速率可達(dá)1.85 kg m-2,蒸發(fā)水效率達(dá)94%,而空白GF的蒸發(fā)水效率僅28%。采用黃海海水對該器件的海水淡化性能進(jìn)行表征,結(jié)果表明,淡化后水中的離子濃度滿足WTO飲用水標(biāo)準(zhǔn)。這種柔性可裁剪的功能化薄膜為提高器件的蒸發(fā)水性能提供了一種解決辦法。3.耐酸堿MoO2/PTFE復(fù)合材料的制備及其在太陽能蒸汽轉(zhuǎn)化的研究在太陽能蒸汽轉(zhuǎn)化應(yīng)用中,開發(fā)高效穩(wěn)定的光熱轉(zhuǎn)換材料極為關(guān)鍵。本章中,我們通過溶劑熱法制備了一種基于耐酸堿MoO2納米球負(fù)載于PTFE膜的太陽能蒸發(fā)水器件。MoO2納米球具有寬光譜吸收、抗氧化、耐酸堿的特點,MoO2-PTFE膜的吸收率達(dá)92-95%。MoO2在80℃烘箱中加熱10 h后,與未經(jīng)熱處理的Moo2的UV-vis吸收光譜對比,吸收性質(zhì)沒有發(fā)生明顯變化。經(jīng)pH=3和pH=12的溶液中浸泡5 h后,與未經(jīng)酸堿處理的Moo2的UV-vis吸收光譜對比,吸收性質(zhì)沒有明顯變化,且Mooo2在波長800 nm處的吸光度值分別可保持在原吸光度值的98%和90%以上。此外,PTFE膜是一種非常穩(wěn)定的材料,具有抗酸堿、耐高溫的特征。因此,MoO2-PTFE膜在水、pH=3、pH=12的條件下均能保持穩(wěn)定且高效的蒸發(fā)速率,不同酸堿條件不會對該膜的蒸發(fā)性能造成顯著影響,該膜的蒸發(fā)水速率達(dá)1.45 kg m-2，，蒸發(fā)水效率達(dá)91%。這種耐酸堿、抗氧化的蒸發(fā)水器件為該技術(shù)在水處理和脫鹽等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一種思路。
【圖文】：

尤其是高耗能這一點是影響海水淡化成本的關(guān)鍵因素。通常大部分海水淡化逡逑技術(shù)的能量來源于化石燃料，而化石燃料燃燒產(chǎn)生的氣體會造成各種環(huán)境問題，逡逑預(yù)計到２０５０年海水淡化工程產(chǎn)生的污染物排放量將達(dá)到每年４億噸碳當(dāng)量［｜（）’ｎ］。逡逑因此，為海水淡化技術(shù)尋找可替代的清潔能源迫在眉睫�？衫玫脑偕茉村义嫌刑柲�、水電能、風(fēng)能等，這類能源與傳統(tǒng)能源相比具有廉價、存在范圍廣、逡逑對環(huán)境影響小等特點［１２］�？稍偕茉丛诤Ｋ械膽�(yīng)用從１９９８年到２０１６年中逡逑從２％增長到了邋２３％，可減少對環(huán)境的影響程度，并能降低最終用戶的使用成本逡逑【１３－１５］。該領(lǐng)域己經(jīng)引起了海水淡化和水資源等相關(guān)研究人員的關(guān)注。Ｓｈａｒｏｎ等人逡逑總結(jié)了太陽能在海水淡化方面的應(yīng)用進(jìn)展，例如正向滲透、冷凍吸附脫鹽等［１６］。逡逑Ｇｈａｆｆｏｕｒ等人報道了可再生能源在傳統(tǒng)和新型海水淡化技術(shù)中的應(yīng)用情況［１７］。逡逑傳統(tǒng)海水淡化工廠的成本高并且溫室氣體的產(chǎn)生會對環(huán)境造成負(fù)面影響，因此，逡逑研究可再生能源在海水淡化中的應(yīng)用是非常有必要的。逡逑Ｓｏｌａｒ－Ｒａｎｋｉｎｅ邋ＲＯ邐Ｆｒｅｅｚｉｎｇ逡逑

境溫度和輻射系數(shù)等，同一個物體在釋放熱輻射的同時藩－玻爾茲曼定律用于描述高溫物體在低溫環(huán)境中：逡逑Ｐ邋＝邋ｅｏＡ（Ｔ４邋－邋Ｔｃ４）逡逑面積釋放的熱能，ｓ是物體的輻射系數(shù)，Ａ是輻射面積，是環(huán)境溫度，0斯特藩常量５．６７０３邋ＸＫ＾ＷｎｆｌＣ４。輻性質(zhì)，決定了物體在給定溫度下輻射量，是物體輻射的輻射能量的比值，輻射系數(shù)可以作出如下定義：逡逑ｇ邋二邋＿ｇｅｍｉｔ＿ｔｅ＿ｄ（＾Ｌ逡逑＾ｂｌａｃｋｂｏｄｙｉ．＾－＇逡逑（凡Ｄ和是物體和黑體的單位波長⑴以吸收全部的電磁輻射，基于熱平衡原理，黑體發(fā)射出射，黑體的輻射光譜由它的絕對溫度決定，與其形狀和不會表現(xiàn)出黑體的性質(zhì)，物體表面的總能量由反射、吸
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 章瀟慧;于浩然;;光熱轉(zhuǎn)換材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];新材料產(chǎn)業(yè);2019年03期

2 陳瑞;王晶晶;喬宏志;;有機光熱轉(zhuǎn)換材料及其在光熱療法中的應(yīng)用[J];化學(xué)進(jìn)展;2017年Z2期

3 熊濤;何美鳳;;光熱轉(zhuǎn)換材料及太陽能熱水器的現(xiàn)狀和發(fā)展方向[J];材料導(dǎo)報;2010年19期

4 蔣家興;趙劍曦;姜蓉;;太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收薄膜制備方法:現(xiàn)狀與發(fā)展[J];材料導(dǎo)報;2009年21期

5 揚倫華;;專利技術(shù)介紹太陽能光熱轉(zhuǎn)換器 專利號:85201329.9[J];太陽能;1987年02期

6 劉景蘭;一種液態(tài)太陽能集熱器[J];能源研究與信息;1988年01期

7 ;不怕火燒,還能實現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)換!上海硅酸鹽所研制出新型光熱轉(zhuǎn)換耐火紙[J];中國粉體工業(yè);2019年01期

8 章瀟慧;孫誠;顧佳俊;;用于太陽能水汽蒸發(fā)的銀蝶翅光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)研究[J];新材料產(chǎn)業(yè);2019年04期

9 石海峰,張興祥,王學(xué)晨,牛建津;光熱轉(zhuǎn)換纖維的蓄熱性能研究[J];材料工程;2002年10期

10 陳宇超;沙暢暢;王心妤;王文舉;;基于光熱轉(zhuǎn)換的吸收材料與轉(zhuǎn)換機理研究進(jìn)展[J];能源研究與利用;2019年04期

相關(guān)會議論文 前10條

1 邱江源;張美婷;覃方紅;萬婷;肖碧源;黃在銀;;基于光-微熱量系統(tǒng)初探納米銀光熱轉(zhuǎn)換性能[A];中國化學(xué)會第六屆全國熱分析動力學(xué)與熱動力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2017年

2 陳志鋼;余諾;胡俊青;;用于癌癥治療的半導(dǎo)體光熱轉(zhuǎn)換納米材料[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第35分會：納米生物醫(yī)學(xué)中的化學(xué)問題[C];2014年

3 邱江源;肖碧源;張美婷;黃在銀;;P25缺陷的調(diào)控及光熱轉(zhuǎn)換性能的研究[A];中國化學(xué)會第六屆全國熱分析動力學(xué)與熱動力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2017年

4 楊洪;王猛;劉見見;劉梅花;劉偉;;基于光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)的液晶彈性體材料研究[A];2016年兩岸三地高分子液晶態(tài)與超分子有序結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)研討會（暨第十四屆全國高分子液晶態(tài)與超分子有序結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)論文報告會）論文集——主題D：液晶高分子的電-光-磁效應(yīng)、器件以及應(yīng)用[C];2016年

5 王聰;;太陽能熱發(fā)電光熱轉(zhuǎn)換材料:光譜選擇性吸收涂層的研究[A];2017儲能材料與能量轉(zhuǎn)換技術(shù)專題會議摘要集[C];2017年

6 王亞培;;基于光熱轉(zhuǎn)換構(gòu)筑近紅外光響應(yīng)的形變高分子微粒[A];第八屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議摘要[C];2013年

7 覃方紅;邱江源;肖碧源;張美婷;黃在銀;;WO_3納米片缺陷的調(diào)控及光熱轉(zhuǎn)換性能的研究[A];中國化學(xué)會第六屆全國熱分析動力學(xué)與熱動力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2017年

8 邱江源;肖碧源;張美婷;黃在銀;;黑二氧化鈦納米片的制備及光熱轉(zhuǎn)換性能研究[A];中國化學(xué)會第六屆全國熱分析動力學(xué)與熱動力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2017年

9 陳華兵;;協(xié)同光治療納米藥物[A];2018年第十二屆中國藥物制劑大會論文集[C];2018年

10 楊立穩(wěn);朱海濤;梁歡;程旭東;;硫化鉛紅外吸收納米材料的制備及其性能研究[A];全國第十四屆紅外加熱暨紅外醫(yī)學(xué)發(fā)展研討會論文及論文摘要集[C];2013年

相關(guān)重要報紙文章 前9條

1 中科;上海硅酸鹽所研制出新型光熱轉(zhuǎn)換耐火紙[N];中國建材報;2019年

2 房琳琳;新型太陽能涂層光熱轉(zhuǎn)換率達(dá)90%[N];科技日報;2014年

3 張民阜邋邢文柱;華隆12項專利破世界難題[N];中國現(xiàn)代企業(yè)報;2008年

4 本報記者 雍黎;孫立東：微觀世界“粉刷匠”[N];科技日報;2019年

5 張學(xué)榮 荊向華;延伸產(chǎn)業(yè)鏈條 提升企業(yè)品牌[N];東營日報;2014年

6 上海都市綠色工程有限公司 周強;利用太陽能建造大型節(jié)能自控溫室[N];中國花卉報;2007年

7 本報記者 陶婷婷 通訊員 段然;高分子無處不在 讓生活更美好[N];上�？萍紙�;2013年

8 本報記者 李燕京;光電 將得到更多應(yīng)用[N];中國消費者報;2009年

9 李婭;成都發(fā)展新能源“圈定”五大產(chǎn)業(yè)[N];中國改革報;2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 常宇虹;納米過渡金屬氧族化合物的太陽能光熱蒸汽轉(zhuǎn)化研究[D];山東大學(xué);2019年

2 李清蘭;光熱轉(zhuǎn)換納米復(fù)合材料的制備及其光熱治療和化療性能的研究[D];吉林大學(xué);2018年

3 田啟威;硫?qū)巽~基光熱轉(zhuǎn)換材料的合成、性能及生物應(yīng)用[D];東華大學(xué);2012年

4 劉輝東;光譜選擇性納米復(fù)合涂層及光熱轉(zhuǎn)換應(yīng)用[D];武漢大學(xué);2018年

5 鄭輝;稀土摻雜低維結(jié)構(gòu)熒光粉的濕法合成與光熱轉(zhuǎn)換特性的研究[D];大連海事大學(xué);2017年

6 宋國勝;納米半導(dǎo)體光熱轉(zhuǎn)換材料的合成及在光熱治療和化療上的應(yīng)用探索[D];東華大學(xué);2014年

7 田軍龍;具有蝶翅減反射準(zhǔn)周期性微納結(jié)構(gòu)的功能材料制備及性能研究[D];上海交通大學(xué);2015年

8 肖志音;高效率光熱轉(zhuǎn)換試劑的開發(fā)及其治療腫瘤應(yīng)用[D];東華大學(xué);2016年

9 姜鎮(zhèn)龍;基于光熱轉(zhuǎn)換的多功能納米復(fù)合材料的生物應(yīng)用以及自調(diào)控基因環(huán)路的探索和理論分析[D];吉林大學(xué);2015年

10 繆昭華;光熱轉(zhuǎn)換納米粒子的制備及癌癥診療研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張鳳宇;Fe_3Si氣凝膠制備及其在光熱水體蒸發(fā)和光熱催化方面的應(yīng)用[D];河北大學(xué);2019年

2 杭春亮;低溫合成LaB_6及其復(fù)合材料與光熱轉(zhuǎn)換性能研究[D];魯東大學(xué);2018年

3 胥強強;新型光熱轉(zhuǎn)換材料的制備及其在成像引導(dǎo)的光熱治療中的應(yīng)用[D];西安電子科技大學(xué);2018年

4 王剛;石墨烯復(fù)合材料的制備及其光熱轉(zhuǎn)換性能研究[D];湖北大學(xué);2018年

5 陳健;幾種近紅外光熱轉(zhuǎn)換材料的制備及性能[D];貴州師范大學(xué);2018年

6 陳建;鈦基多孔光熱轉(zhuǎn)換材料的制備與性能研究[D];武漢科技大學(xué);2018年

7 蔣茜;銀及其化合物納米材料的制備及光熱性能研究[D];青島科技大學(xué);2017年

8 華振濤;磷酸銅微納米材料的制備及其光熱轉(zhuǎn)換性能的研究[D];青島科技大學(xué);2017年

9 張保龍;Fe_3O_4基光熱復(fù)合材料的制備及光熱性能研究[D];青島科技大學(xué);2017年

10 石海峰;光熱轉(zhuǎn)換蓄熱調(diào)溫纖維的研制[D];天津工業(yè)大學(xué);2002年

本文編號：2676959