纤维素基光热材料的制备及其太阳能水蒸发/发电性能研究

化石能源危机、淡水资源缺乏、水污染加剧是当今世界面临的难题。利用太阳能进行海水淡化、污水处理以及水蒸发发电具有很好的应用前景。影响太阳能水蒸发的主要因素有:光吸收/光热转换、热能的利用、水的补给等。本文以碳纳米管(CNTs)、锑掺杂氧化锡(ATO)、石墨烯、Ag纳米颗粒等为太阳能光热转换材料,以纤维素为水补给材料,制备了CNTs/ATO/羧甲基纤维素凝胶、Ag/石墨烯/纤维素纸以及碳化羧甲基纤维素用于太阳能水蒸发/发电。借助扫描电镜、XRD、UV-Vis-IR光谱、接触角等手段,对材料的结构、组成、光吸收/光热转换、亲水性等性能进行了表征;并研究了其太阳能水蒸发/发电性能。结论如下:(1)以CNTs、ATO纳米颗粒、羧甲基纤维素为原料,采用冷冻铸造/交联技术制备了具有多孔结构CNTs/ATO/纤维素凝胶。它具有较高的太阳光吸收/光热转换性能、良好的亲水性能;在一个太阳光下,水蒸发速率可达1.32 kg·m-2·h-1、水蒸发效率为83.2%,可用于海水淡化及含有机染料污水的处理;在海水蒸发的同时,可利用盐差产生100 mV的电压。(2)将石墨烯、Ag纳米颗粒负载在滤纸上,构筑了Ag/石墨烯/纤维素纸太阳能水蒸发系统。在一个太阳光下,其蒸发速率可达到1.36 kg·m-2·h-1、水蒸发效率为86%,可用于海水淡化、污水处理;在海水蒸发同时,可利用盐差产生120 mV的电压。(3)以羧甲基纤维素为原料,采用冷冻铸造/碳化技术制备了具有多孔结构的无定型碳材料。它对太阳光具有良好的光吸收/光热转换性能,且亲水性好;在一个太阳光下,水蒸发速率为1.09 kg·m-2·h-1,蒸发效率为68.4%。在海水蒸发的同时,可利用流动电势发电,在0.7 mol·L-1的NaCl溶液中,流动电势可达350 mV。