一种基于太阳能驱动净化废水的蒸发器的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于太阳能驱动净化废水的蒸发器的制备方法及应用，所述方法包括如下步骤：步骤一：经过超声处理，将光热转换剂均匀分散在水溶液中；步骤二：通过抽滤的方式将光热转换剂沉积在洁净的衬底表面；步骤三：将沉积有光热转换剂的衬底置于真空干燥箱中干燥；步骤四：将盛有硅烷试剂的表面皿与步骤三真空干燥后的沉积有光热转换剂的衬底分开放置于同一干燥器中，室温下抽真空，使硅烷试剂沉积到光热转换剂表面，然后放入烘箱中烘干，得到具有良好疏水性的蒸发器。本发明专利技术通过设计蒸发器，将太阳能定位到气

【技术实现步骤摘要】
一种基于太阳能驱动净化废水的蒸发器的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于太阳能光热技术和废水净化领域，涉及一种太阳能光热转换蒸发器，具体涉及一种基于太阳能驱动净化废水的蒸发器的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]水体污染物的组成复杂，不仅来自水中不可溶悬浮物、可溶有机物、重金属离子，还有很大比例来自细菌污染，严重危害着人们的健康和生命安全。当前废水的处理方法主要可归为以下四类：(1)生化处理工艺流程，包括有氧处理和厌氧处理等；(2)物理处理工艺流程，包括膜分离技术和活性炭吸附法；(3)化学处理工艺流程，包括氧化法、电化学电解法、光催化法等；(4)组合工艺等方法。由于生活以及工厂污水成分复杂，单靠以上一种工艺并不能达到排放标准，通常需要几种工艺组合，但这或多或少增加了成本，能耗大，同时也可能出现二次污染等问题。因此，一种无污染、高效方便的污水处理方法是人们高度期待的，而太阳能作为一种新型的安全且取之不尽的绿色能源，已被广泛应用于污水中有机物降解、杀菌以及淡水提取。
[0003]太阳能水蒸发就是将太阳能的能量最大可能地转化成热能，将转换来的热能用于加热水体，从而产生水蒸气。但在实际应用过程中，太阳能水蒸发效率一直是能量利用的软肋。造成太阳能水蒸发效率低下主要有以下几个因素：1)太阳光分为紫外
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可见
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红外光波段，然而水体自身仅能吸收大于1400nm的近红外光波段，对于紫外与可见光区水体自身却没有任何的吸收。2)在太阳光的照射过程中，能量是将整个水体加热，导致太阳能的能量过于分散，不能局域加热。所以寻找一种充分利用太阳能资源的方式，在资源匮乏环境污染压力较大的时代是必不可少的。传统的太阳能光热水蒸发是利用太阳光吸收性表面(涂层)将太阳能转换为热能，通过直接加热或者介质传热将热量传递给容器中的全部水，水温升高从而蒸发。要获得较高的水蒸发速率，往往需要大面积太阳聚光系统。聚光系统的采用会导致光损耗加大以及光吸收表面的高温(高温会导致热损失加剧)；聚光系统的体积庞大、成本也高。此外，产生的热量传递给容器中的所有水，仅部分热能用于水蒸发(相变)，这导致热能利用效率较低。正因如此，开发高效、低成本的太阳能光热转换蒸发器尤为必要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于太阳能驱动净化废水的蒸发器的制备方法及应用，通过设计蒸发器，将太阳能定位到气
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液界面，充分提高了太阳能加热效率，实现了太阳能驱动的界面蒸发废水净化的目标。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种基于太阳能驱动净化废水的蒸发器的制备方法，通过蒸发器的结构设计和润湿性调控实现了高效水蒸发：选取衬底，通过物理沉积光热转换剂的方法制备蒸发器，然后进行疏水处理，具体包括如下步骤：
[0007]步骤一：经过超声处理，将光热转换剂均匀分散在水溶液中，其中：所述光热转换
剂为HfB2、FeP、ZrC、SnFe2O4、NiP等中的一种或几种材料的组合，光热转换剂和水溶液的固液比为100～500mg：20ml；
[0008]步骤二：通过抽滤的方式将光热转换剂沉积在洁净的衬底表面，其中：所述衬底包括纤维素滤纸、醋酸纤维素膜、不锈钢网等中的一种，光热转换剂的沉积量为3～13mg/cm2，优选为7.8mg/cm2左右；
[0009]步骤三：将沉积有光热转换剂的衬底置于真空干燥箱中干燥，其中：干燥温度为40～50℃，干燥时间为4～8h；
[0010]步骤四：将盛有硅烷试剂的表面皿与步骤三真空干燥后的沉积有光热转换剂的衬底分开放置于同一干燥器中，室温下抽真空，使硅烷试剂沉积到光热转换剂表面，然后放入烘箱中烘干，得到具有良好疏水性的蒸发器，其中：硅烷试剂为甲基三氯硅烷、氟硅烷等中的一种，沉积时间为5～8h，烘干温度为60～80℃，烘干时间为10～60min。
[0011]本专利技术通过比较不同的废水处理前后的水质状况来考察蒸发器的废水净化能力，实现其功能性应用，具体可用于太阳能驱动净化废水中的有机染料、重金属离子和大肠杆菌溶液。
[0012]相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：
[0013]1、本专利技术为了实现最大效率利用太阳能驱动界面水蒸发，引入光热转换剂局部加热气
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液界面处，为了提高太阳光谱利用率，选择宽光谱吸收的光热转换剂。
[0014]2、本专利技术对制备的基于光热净化废水的太阳能界面蒸发器在污水净化方面的应用效果进行了考察，实验表明蒸发器在有机染料、重金属离子和大肠杆菌溶液中仍然有较高的蒸发效能。通过对比测试原液和收集的蒸馏水，发现三者的去除率均接近100％，在净化多种污染物的废水方面显示出巨大的潜力。
附图说明
[0015]图1为HfB2的XRD图谱；
[0016]图2为一个太阳光照强度下不同蒸发系统的蒸发质量变化；
[0017]图3为一个太阳光照强度下不同蒸发系统的水蒸发速率及效率；
[0018]图4为一个太阳光照强度下不同类型污水体系质量变化；
[0019]图5为一个太阳光照强度下不同类型污水体系温度变化；
[0020]图6为不同染料与其相应蒸馏水的透射率；
[0021]图7为重金属离子溶液与其蒸馏水的离子浓度检测；
[0022]图8为E.coli溶液与蒸馏水的OD
600
值；
[0023]图9为纯E.coli溶液暗处放置6h；
[0024]图10为蒸发器体系E.coli溶液在一个太阳光照强度下连续光照3h后收集的蒸馏水。
具体实施方式
[0025]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。
[0026]对比例：仅制备不沉积材料的空白疏水纤维素滤纸蒸发器
[0027]将盛有200μL甲基三氯硅烷的表面皿与洁净的直径为7cm的纤维素滤纸(filterpaper，FP)分开放置于同一干燥器中，室温下抽真空，放置6h使氯硅烷试剂沉积到纤维素滤纸表面。然后在60℃的烘箱中放置30min后取出用于后续测试，得到具有良好疏水性的硼化铪纤维素滤纸蒸发器，称为FP。
[0028]实施例1：
[0029]将100mg的HfB2粒子分散在20ml水溶液中，经过超声处理使其均匀分散。通过抽滤的方式将HfB2沉积在洁净的直径为7cm的纤维素滤纸(filterpaper，FP)表面。然后，将得到的沉积有HfB2的纤维素滤纸置于45℃真空干燥箱中干燥6h后取出备用。蒸发器通过甲基三氯硅烷修饰表面使其疏水，具体疏水方法：将盛有200μL甲基三氯硅烷的表面皿与沉积有HfB2的纤维素滤纸分开放置于同一干燥器中，室温下抽真空，放置6h使氯硅烷试剂沉积到沉积有HfB2的纤维素滤纸表面。然后在60℃的烘箱中放置30min后取出用于后续测试，得到具有良好疏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于太阳能驱动净化废水的蒸发器的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤一：经过超声处理，将光热转换剂均匀分散在水溶液中；步骤二：通过抽滤的方式将光热转换剂沉积在洁净的衬底表面；步骤三：将沉积有光热转换剂的衬底置于真空干燥箱中干燥；步骤四：将盛有硅烷试剂的表面皿与步骤三真空干燥后的沉积有光热转换剂的衬底分开放置于同一干燥器中，室温下抽真空，使硅烷试剂沉积到光热转换剂表面，然后放入烘箱中烘干，得到具有良好疏水性的蒸发器。2.根据权利要求1所述的基于太阳能驱动净化废水的蒸发器的制备方法，其特征在于所述光热转换剂和水溶液的固液比为100～500mg：20ml。3.根据权利要求1所述的基于太阳能驱动净化废水的蒸发器的制备方法，其特征在于所述光热转换剂在衬底表面的沉积量为3～13mg/cm2。4.根据权利要求1、2或3所述的基于太阳能驱动净化废水的蒸发器的制备方法，其特征在于所述光热转换剂为HfB2、Fe...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨景惠，颜美，果崇申，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：