【摘 要】
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太阳能界面蒸发技术采用清洁能源太阳能进行海水淡化,既可以减少化石能源的使用,降低环境污染,又能产生淡水,缓解淡水危机,是一种前景广阔的先进技术。典型的界面蒸发过程是将蒸发体漂浮于海面上进行光吸收、热转换、水输运和蒸发,其中界面蒸发体的性能至关重要。理想的蒸发体应该具有吸水性能好,阻热能力强,机械强度高等特性,除此之外,蒸发速率和长期稳定性也是评判其能否实际应用的重要指标。针对以上问题,本论文提出了
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太阳能界面蒸发技术采用清洁能源太阳能进行海水淡化,既可以减少化石能源的使用,降低环境污染,又能产生淡水,缓解淡水危机,是一种前景广阔的先进技术。典型的界面蒸发过程是将蒸发体漂浮于海面上进行光吸收、热转换、水输运和蒸发,其中界面蒸发体的性能至关重要。理想的蒸发体应该具有吸水性能好,阻热能力强,机械强度高等特性,除此之外,蒸发速率和长期稳定性也是评判其能否实际应用的重要指标。针对以上问题,本论文提出了一种由木质纤维素气凝胶(Wooden cellulose aerogel,WCA)和聚丙烯酸钠水凝胶(Poly(sodium acrylate)hydrogel,P(SA))组成的新型复合材料,即纤维素/聚丙烯酸钠复合凝胶(Wooden cellulose aerogel/Poly(sodium acrylate)hydrogel composite,WCPC)。用木质纤维素气凝胶作为聚丙烯酸钠水凝胶的骨架,利用了木制纤维素气凝胶来源广泛、机械强度高、导热系数低、可压缩、孔隙丰富、生物相容性好的优点和聚丙烯酸钠水凝胶吸水能力强,耐盐能力好的优势。水凝胶在气凝胶的孔道结构内吸水膨胀,气凝胶为其提供机械支撑。通过两种材料的结合,取长补短,提高了蒸发体的吸水、隔热、机械、耐盐及蒸发性能。本论文的具体工作如下:(1)将木制纤维素气凝胶与聚丙烯酸钠水凝胶复合制成复合凝胶蒸发体。实验研究了复合凝胶在不同浓度盐水中的水分输运能力,其在3.5wt%盐水中的饱和含水量为5.93 g g-1,为木质纤维素气凝胶的1.5倍;对界面蒸发系统进行了能量平衡分析并讨论了复合凝胶蒸发体的传热特性及其对系统效率的影响,结果表明复合凝胶具有极强的热量限域能力;此外复合凝胶具有良好的机械性能,在外界应力作用下能够保持自身结构不被破坏,在100次的压缩循环中表现出良好的压缩循环特性。(2)对复合凝胶蒸发体做了蒸发性能测试以及耐盐特性分析。通过阻盐实验分析了蒸发体在不同浓度盐水中的耐盐能力,其在10wt%的盐水中表现出88.7%的阻盐率,滤盐实验表明复合凝胶能够有效抑制Cl-离子的传输;通过DSC表征和暗蒸发实验测试对复合凝胶的降焓行为进行分析,结果显示复合凝胶能够显著降低蒸发焓,其等效蒸发焓为1598 J g-1,显著低于普通水(2450 J g-1);复合凝胶在纯水中的蒸发效率高达94.2%,在20wt%的高浓盐水中蒸发效率为79.1%,蒸发速率为1.78 kg m-2 h-1,并且在30天的蒸发循环测中表现出优异的稳定性。
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