【摘 要】
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随着人口增长和社会经济的发展,水资源的需求量急剧增加。获取足够的淡水资源已成为亟待解决的全球问题。太阳能界面蒸发技术被认为是缓解淡水短缺的有效途径。理想的太阳能界面蒸发器应具备有效的光吸收、合理的热管理以及无障碍的水输送和水蒸汽逃逸通道,其中气凝胶以轻质、多孔、隔热等特性成为太阳能界面蒸发的理想基体。芳纶纳米纤维（ANFs）是对位芳纶纤维经去质子化处理获得的一维纳米级材料,兼具对位芳纶以及纳米纤维
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随着人口增长和社会经济的发展,水资源的需求量急剧增加。获取足够的淡水资源已成为亟待解决的全球问题。太阳能界面蒸发技术被认为是缓解淡水短缺的有效途径。理想的太阳能界面蒸发器应具备有效的光吸收、合理的热管理以及无障碍的水输送和水蒸汽逃逸通道,其中气凝胶以轻质、多孔、隔热等特性成为太阳能界面蒸发的理想基体。芳纶纳米纤维（ANFs）是对位芳纶纤维经去质子化处理获得的一维纳米级材料,兼具对位芳纶以及纳米纤维的优异性能,可作为构建纳米纤维气凝胶的强有力的候选材料。本论文以芳纶纳米纤维构建气凝胶,通过多级孔结构和光热材料的协同,提升光吸收能力、促进水运输、调节热量分布和增强光热蒸发性能并确保可持续性。主要研究内容如下:通过去质子化的方法获得了芳纶纳米纤维,并利用冰模板技术,借助于冰晶生长调控ANFs的聚集结构,设计了具有定向胞腔的高孔隙率ANF气凝胶。为了增加对太阳光谱的吸收,以半导体Mo S2和贵金属Ag NPs为光热转换材料制备了Ag NPs@ANF/Mo S2复合气凝胶。其多孔结构通过增加光路的折射提高了光吸收的能力,同时协同光热材料在可见光区达到了93.58%的光吸收。同时,气凝胶内部形成的垂直孔道产生毛细效应可实现有效的水传输,也为水蒸汽的传输提供了通道。自漂浮的Ag NPs@ANF/Mo S2复合气凝胶在五个太阳光照射下,水蒸发速率为(11.7 kg m-2h-1)高于纯水的蒸发速率(2.52 kg m-2h-1),证实了Ag NPs@ANF/Mo S2复合气凝胶在界面蒸发中的可行性。为了调节孔结构完成快速的水分传输目标,本文又通过真空辅助抽滤工艺制备了具有狭缝型孔结构的Ag NPs@ANF/Mo S2复合气凝胶。在毛细管效应的作用下,水分传输速度为150 mm/s。在五个太阳光照射下,Ag NPs@ANF/Mo S2复合气凝胶,蒸发速率可达到13.9 kg m-2h-1,显示出其具有非常优越的收集和转化太阳辐射的能力。为了进一步提高光热转换性能,以简易的冷冻干燥工艺制备了一体化Au NPs@ANF/CNT复合气凝胶。CNTs与ANFs缠绕形成一个均匀的纳米纤维网络,作为气凝胶的主体部分;Au NPs在ANFs上原位生长,主要分布在气凝胶的表面层。由此产生的Au NPs@ANF/CNT气凝胶具有高孔隙率和开孔细胞结构,具有自浮的轻质性、抑制热损失的低导热性和在气凝胶内吸水的高毛细作用。由于富含CNTs的主体和富含Au NPs的表层的协同作用,Au ACAs显示了在五个太阳光照射下7.95 kg m-2h-1的高蒸发速率,98.6%的蒸发效率,并且具有对多介质废水的净化能力。
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