碳基太阳能吸收材料的制备及其光热性能研究

作     者：朱盟盟 

作者单位：青岛科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴大雄

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：太阳能 水蒸发 宽波段 碳 光热转换 

摘      要：太阳能水蒸发技术的规模应用,能够同时解决化石能源危机和淡水资源短缺两大难题,因而具有重要的研究意义。理想的太阳能水蒸发材料必须同时具有以下几方面特性:一是高效吸收太阳光;二是高效光热转换;三是亲水的多孔结构以利于水的输运。为了获得高效的太阳能光热水蒸发材料,我们制备了碳化萝卜、氧化锡锑(ATO)/C复合膜以及Ag@AgS/C双层复合膜材料,对样品的相关性能进行了研究,结果如下:(1)将一种便宜且可大规模获得的农作物白萝卜进行碳化,制备出能够高效产生蒸汽的太阳能吸收材料。碳化萝卜具有高度发达的蜂窝状多孔结构和优异的亲水性能,其太阳能光吸收率在250-2500 nm光谱范围内高达93.5%。在单个太阳光强照射下,碳化萝卜的水蒸发速率可高达1.57 kg·m·h,太阳能蒸汽产生效率可达到85.9%。对于不同类型的原水,包括海水和染料废水,蒸发处理后收集到的水样品均达到优异的处理性能。(2)以碳化的羧甲基纤维素作为可见光区吸收材料,以ATO粉末作为近外光吸收材料,利用冷冻铸造-冷冻干燥技术制备了具有定向多孔结构的ATO/C复合膜材料。当ATO/C比例为1:1.694时,ATO/C复合膜在250-2500 nm光谱范围内太阳能光吸收率均高达96%以上。且得到的ATO/C复合膜具有优异的亲水性能。ATO/C复合膜在一个太阳光强下的水蒸发速率为1.12 kg·m·h,太阳能蒸汽产生效率为68.9%。对于不同类型的原水,包括海水和染料废水,蒸发处理后收集到的水样品均达到优异的处理性能。(3)以羧甲基纤维素为碳前驱体,以Ag@AgS核壳结构的纳米颗粒作为增强近红外光吸收材料,利用冷冻铸造-冷冻干燥技术制备了具有定向多孔结构的Ag@AgS/C双层复合结构。该复合结构在250-2500 nm光谱范围内太阳能光吸收率均高达89%以上,且具有优异的亲水性。Ag@AgS/C双层复合材料在一个太阳光强下的水蒸发速率为1.34 kg·m·h,太阳能蒸汽产生效率为81.5%。对于不同类型的原水,包括海水和染料废水,蒸发处理后收集到的水样品均达到优异的处理性能。