人口增长和气候变化带来的环境污染,水资源、能源紧缺等问题给社会发展和人类进步带来了巨大的压力。以加剧能源短缺,牺牲环境为代价来解决水资源短缺问题的策略无法从根源上缓解现有压力且无法长期实施。因此,迫切需要开发可持续节能简约的绿色净水生产技术来获取干净的水源。太阳能作为一种绿色的可再生能源,在丰富性和可持续性等方面都展现出明显的优势。光热转换是一种直接收集太阳能用于加热和储能应用的方法,而基于光热转换的环境友好型水处理技术可以为清洁水的短缺问题提供有效的解决方案。因此,制备和研究利用太阳能进行海水淡化及污水净化的功能复合材料以解决水资源短缺的重大问题具有重要的现实意义。本论文先是从影响光热水蒸发性能的因素入手,设计和制备了基于光热和电热效应的全天候多孔碳基蒸发器。同时通过对蒸发器进行表面图案化并构筑疏水表面层,提高了蒸发器在海水淡化过程中的抗盐结晶能力和水蒸发性能。虽然传统蒸发器能够通过水蒸发过程去除水中无机盐离子和污染物,但很少有人将关注点放到水中有机污染物的去除上。于是,研究通过制备集光热和光催化效应于一体的二硫化钼（MoS2）修饰松球三维蒸发器,在光热水蒸发的同时降解本体水中的有机污染物。此外,为了将光热水蒸发和光催化降解更好地结合且实现连续操作和提高反应效率,研究中还引入了流动床装置,从而使所开发的流动床体系能够在污染物废水流入到流出的整个过程中,完成连续且同步的光热水蒸发和光催化降解。本研究的主要研究内容和结果如下:（1）基于电热和光热效应的全天候多孔碳基蒸发器的制备及其水蒸发性能研究:针对太阳能蒸发器装置在弱光和无光情况下无法正常工作而极大限制其工作时间和净水产量的问题。本研究先后对木材进行碳化和氢氧化钾（KOH）活化造孔处理,制备了导电良好的亲水多孔碳材料（ACWs）。为了进一步增加ACWs的受光面积以及提升其抗盐结晶的能力,在其顶部表面构造凹槽后通过蜡烛灰沉积生成疏水的碳纳米颗粒层,从而制备得到了一种全天候可用的具有电热和光热效应的木质多孔碳基蒸发装置。ACWs的多孔通道负责水的快速向上输送,高导电性确保了较低的电压输入就能产生足够的热量供水蒸发。另外,纳米碳颗粒疏水层可以实现水的高效蒸发,同时防止水蒸发过程中盐的积累。受益于其独特的结构设计,在1 kW m-2的太阳光辐照下,环保的木基蒸发器装置利用其光热转换机制,能够高效地收集太阳能并以1.49 kg m-2 h-1的速率和77.2%的蒸发效率蒸发纯水。即使在没有阳光照射的情况下,蒸发器仍然可以通过电热加热机制在施加电压为6 V的情况下实现蒸发速率为6.86 kg m-2 h-1的高效水蒸发。通过对光热和电热能量转换机制的集成,在同时施加6 V电压和1 kW m-2的太阳光照射下,该蒸发器实现了 11.73 kg m-2 h-1的超高水蒸发速率。（2）二硫化钼修饰松球三维蒸发器的制备及其光热水蒸发和光催化降解性能研究:目前的研究大都集中于提高水的蒸发速率和太阳能的利用效率,很少关注水中有机污染物的去除问题。为了实现同时的海水淡化和有机污染物的催化降解,我们充分利用天然松球的亲水性和三维结构以及MoS2的光热转换性能,采用一步水热法制备了 MoS2修饰的三维松球（HPM）太阳能蒸发器,通过光热水蒸发和光催化降解的共同作用来净化污水。天然松球垂直排列的中央轴和螺旋排列的鳞片,不仅可以将大量的水向上转移到蒸发面上,还可以吸收更多来自不同入射角的太阳光,在全向照射下进行光热水蒸发和光催化降解。均匀负载的MoS2纳米花不仅能提高HPM蒸发器的光热转换效率,还能通过光催化作用降解本体水中的有机污染物。结果表明,在1 kW m-2的太阳光辐照下,HPM蒸发器具有高达1.85 kg m-2 h-1的纯水蒸发速率和96%的光热转化效率。粉末状HPM可以光催化降解含亚甲基蓝（MB）和罗丹明B（RhB）等有机污染物的模拟废水,去除率分别达到96%和95%。在太阳能驱动的水净化过程中,通过将三维HPM蒸发器漂浮在MB的模拟废水中,在实现光热水蒸发产生清洁水的同时,还可以通过光催化降解本体水中的有机污染物。在1 kW m-2的太阳光照射下,三维HPM蒸发器的MB降解效率和水蒸发速率分别达到了 87%和1.43 kg m-2 h-1。光热蒸汽产生和光催化降解机制的集成使HPM蒸发器在高产量的废水净化过程中具有广阔的应用前景。（3）光生载流子调控提升流动态水处理过程中的光热水蒸发和光催化降解性能:针对目前静态光热水蒸发和光催化反应过程存在的传质和传热效率低、催化剂与污染物照光不足、无法连续操作且生产效率低等问题,本研究中制备了一种细菌纤维素/氧化铁/碳纳米管复合膜（BFC）,并将其用于流动床体系中的光热水蒸发和光催化降解。该研究中,具有良好亲水性和成膜性的细菌纤维素（BC）作为基体材料,氧化铁（α-Fe2O3）既可作为光热材料,又可作为吸收短波光子的光催化剂实现水中污染物的催化降解。光热组分碳纳米管（CNT）可以将长波光子转化为热能促进水蒸发,还能通过促进光催化过程中的光生电荷和空穴的分离加速催化反应动力学。研究还发现BFC的光热转换和光催化效果之间能够相互的促进。流动床体系的引入,在实现连续化的光催化降解与光热水蒸发的同时,增大了污染物与催化剂的照光面积,加强了反应过程中的传热与传质。结果表明,在1 kW m-2的太阳光辐照下,含甲基橙（MO）或氧氟沙星（OFL）模拟废水的水蒸发速率可在最佳流速4 mL h-1时达到1.45 kg m-2 h-1。此外,在流速为4 mL h-1和3 kW m-2的太阳光辐照下,OFL的去除率可达98%。本研究中还构筑了一个基于流动床净水系统的栽培平台。当将其应用于处理含除草剂2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）模拟废水时,可获得用于农业灌溉的净化水的产率约12.17 kg m-2 h-1,其中光热水蒸发速率为1.43 kg m-2 h-1,光降解产水产率为10.74 kg m-2 h-1。净化后的水可通过太阳能净化栽培平台实现作物实时、按需生长,促进了该流动床装置的实用化。