太阳能光热利用材料的制备及其性能研究

太阳能驱动的界面水蒸发/发电的市场化应用不仅可以暂缓当下能源与环境的压力,而且也可以缓解当下淡水资源短缺的问题。因此对界面水蒸发/发电的研究非常具有实际意义。用于太阳能驱动的界面水蒸发的光热转换材料应满足以下三个特性:1)光热转换效率较高的结构及组成;2)利于水输运的微纳结构;3)完善的热管理体系。为了进一步研究太阳能驱动的界面水蒸发效果,本论文通过一步碳化及真空抽滤的方法分别制备了碳化脱脂棉和CNT/CB复合膜。研究了样品的界面水蒸发及界面水蒸发过程中的发电性能,其结论如下:1.将大量存在且易得的脱脂棉进行一步碳化,制备出用于太阳能驱动的界面水蒸发的光热转换材料。碳化脱脂棉的纤维相互堆叠形成的粗糙结构有利于光的多重散射和水的输运,在波长为250-2500 nm光谱范围内的吸收效率高达95.5%。在光照强度为1个太阳时,碳化脱脂棉水蒸气的产生速率为1.273 kg/m~2h,水蒸发效率为80%。碳化脱脂棉还可以在不同浓度的NaCl溶液中产生开路电压,开路电压的数值随着浓度的增加呈现出先增大后减小的现象。在0.6 M NaCl溶液可以产生0.55 V的电压。碳化脱脂棉可以用于海水脱盐、及染料废液的处理,并且均有较好的处理效果。2.将CNT与CB进行混合后通过真空抽滤的方法将其负载到滤纸上,用于太阳能驱动的界面水蒸发。CNT/CB复合膜的表面粗糙程度随CNT质量分数的增多呈现出先增大后减小的现象。复合膜CNT质量占混合物质量的34%时,复合膜表面最为粗糙。这样粗糙的表面可以增加光的多重散射并且可以增大界面水蒸发实际蒸发面积。34 CNT/CB复合膜在波长为250-2500 nm光谱范围内吸收率高达97.8%。在光照强度为1个太阳时,34CNT/CB复合膜界面水蒸发稳态时的速率为1.38 kg/m~2h,水蒸发效率为85%。并且在光照强度为1个太阳光时,34 CNT/CB复合膜与全氟磺酸膜联用可以产生0.058 V的开路电压。CNT/CB复合膜也可以用于海水脱盐、处理酸碱溶液、染料废液等。