摘 要

本文利用MoS₂良好的光热性能和Polydopamine的亲水性对聚氨酯海绵分别进行光学性能和亲水性能的改良并制作成可浮的双层结构，通过对相关材料的性质分析以及该双层结构进行模拟太阳光热转化蒸汽发生试验，探讨该结构借助光照以光热转换形式而将水转化为蒸汽的能力，并在此基础上提出改进措施，所得结果对于太阳能在海水淡化中的运用具有重要的指导意义。

论文主要研究了MoS₂和聚氨酯海绵的相关性质，MoS₂和Polydopamine对聚氨酯海绵的改性，光热性MoS₂-Polydopamine双层结构自浮材料的制备以及不同的状态下的蒸发器对光热蒸汽转换速率和效率的影响，以此选择最优结构与形态，研究该结构对光照的蒸汽转换效率以及借助光照对盐水的净化效果。

研究结果表明MoS₂和Polydopamine对聚氨酯海绵的改性效果良好，光热性MoS₂-Polydopamine双层结构自浮材料对光能的利用率高，试验的方法简单而行之有效，该系统蒸汽转化速率较大效率良好且对盐水净化效果好，蒸发器组成和制作简便经济处理效果好，可运用而不止于太阳能海水淡化。并且可以继续深入研究并大规模运用太阳能进行海水和苦咸水淡化。

关键词：光热转换；MoS₂；材料改性；太阳能海水淡化

Abstract

In this paper, the optical properties and hydrophilic properties of polyurethane sponges were improved by using the good photothermal properties of MoS₂ and the hydrophilicity of Polydopamine, and the two-layer structure was made into a floatable structure. The properties of the related materials and the two-layer structure were analyzed. Simulated the experiment of solar thermal conversion steam generation, explored the ability of the structure to convert water into steam by means of light and heat conversion, and proposed improvement measures based on the results. The results obtained are important for the application of solar energy in seawater desalination. Guiding significance.

The paper mainly studies the related properties of MoS₂ and polyurethane sponge, the modification of polyurethane sponge by MoS₂ and Polydopamine, the preparation of photothermal MoS₂-Polydopamine double-layer structure self-floating material and the conversion rate of photothermal steam by evaporator in different states. And the effect of efficiency, in order to choose the optimal structure and morphology, study the steam conversion efficiency of the structure on the light and the purification effect of the brine by means of illumination.

The results show that MoS₂ and Polydopamine have good modification effect on polyurethane sponge. The photothermal MoS₂-Polydopamine double-layer structure self-floating material has high utilization rate of light energy, and the test method is simple and effective. The steam conversion rate of the system is better. It has good efficiency and good purification effect on brine. The composition and production of the evaporator are simple and economical. It can be used not only for solar desalination. Further research and large-scale use of solar energy for desalination of seawater and brackish water can be continued.

Key Words：Photothermal conversion; MoS2; material modification; solar desalination

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2光热转换及光热转换材料 3

1.2.1光热转换原理 3

1.2.2影响光热转换的因素 3

1.2.3光热材料的分类 3

1.3 MoS₂纳米材料相关性质 5

1.4试验内容和预期目标 6

1.4.1试验内容 6

1.4.2预期目标 6

第2章 试验材料与方法 7

2.1试验材料试剂与试验仪器 7

2.1.1试验材料与试剂 7

2.1.2试验仪器 7

2.2材料制作方法 8

2.2.1 MoS₂-海绵的制备 8

2.2.2 Polydopamine-海绵的制备 9

2.2.3 MoS₂-海绵-Polydopamine-海绵双层结构的制备 10

2.3试验测量及计算方法 10

2.3.1材料表征方法 10

2.3.2水蒸发量的测量 10

2.3.3光照时温度变化及温度分布的测量 11

2.3.4光热转化效率计算 11

2.3.5淡化效果的测量 12

第3章 试验结果与讨论 13

3.1表征分析结果 13

3.1.1MoS₂的表征分析 13

3.1.2蒸发器的实物比对 15

3.1.3不同厚度附有MoS2的海绵直观透光性对比分析 16

3.1.4蒸发器附着MoS2的量及最佳附载时间的确定 17

3. 2蒸发器试验结果 18

3.2.1不同蒸发器的蒸发速率和效率 18

3.2.2不同厚度蒸发器的蒸发速率和效率 20

3.2.3不同光强下MP-PP的蒸发速率和效率 21

3.2.4盐水淡化结果与分析 23

3.3试验中蒸发器工作机理 23

第四章 结论 26

参考文献 27

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

调查表明，现如今地球大概三分之二的人(约四十亿)正生活在不同程度的缺水环境下。众所周知地球尽管有70.8%的表面被水所覆盖，但之中只有3%左右是可利用的淡水，这其中又仅有小部分可直接利用^[1]。一方面，作为幅员辽阔的我国，大陆海岸线长达一万四千余公里，沿海城市经济发展迅速，尤其以农业为盛，因此，对于人口占比如此大的国家而言，生活生产用水的需求量高于其他同层次的国家。并且，随着我国国防和国民经济建设的飞跃发展，淡水供应已无法满足所需，一定程度上制约国家经济建设的发展步调^[2]。更有甚者，部分沿海城市在每年旱季，会出现海水倒灌的现象，造成咸水上溯城市，由此自来水变咸，使生产生活受到巨大影响，造成重大经济损失。另一方面除了沿海城市， 有不少的岛屿还依靠着船从大陆运输淡水， 然而这种方式不仅不经济，还易受到气象条件影响，极端天气导致正常供水不能有效保证，影响了人民生活和国防建设。此外我国西北、西南、华北均有大面积的苦咸水地域，然而大面积的苦咸水却不能直接使用，淡水资源的缺乏给工农业生产建设造成困难。此外，我国目前工农业的发展建设已让环境承担着沉重的负荷，不断侵蚀我国已有的淡水资源，这种不良影响致使原本已经紧张的用水状况即将面临更大的危机挑战，对我国现代化建设也会造成新一轮冲击。海水淡化技术，除了可用于海水以及苦咸水的淡化处理外，也能用在工业用水和非人体直接接触用水的纯化、工业废水的处理处置和有关工业生产中的分离、提纯、浓缩等处理工艺上 。因此，研讨并运用海水、苦咸水淡化和其它附加的水质处理技术，并将该淡化技术运用在处理生活或工业污水，对于维护环境以及改造生产工艺等方面来说都具备巨大的意义 。

基于以上情况，海水和苦咸水就成为局部缺水地区获取淡水的限制范围内的优先选择。目前业界主流的海水淡化方法有膜法与热法，都是成熟的大型规模汇集式的供水方式。然而这两种方法都要大量的损耗化石能源，因此无法防止地加重温室效应与环境的污染。而太阳能作为一种含量巨大、使用清洁且可再生的能源，太阳辐射能具备替换化石燃料的巨大潜能。太阳能海水淡化以太阳光作为能量的来源，其主流形式可归纳为光蒸馏，即一种绿色、无污染的淡化技术，可望代替传统的膜法和热法^[3]。所以在水资源匮乏的环境下，借助太阳能海水淡化的现有发展状况和势头，可有效满足人们淡水需求。因此，太阳能海水淡化便成为当前极具生机的热门研究方向。