CN111072088A - 一种海水蒸发器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海水蒸发器及其应用。所述海水蒸发器包括具有水分吸收及运输作用的支柱和具有光热转换作用的反应器单元，所述反应器单元分布于所述支柱上。所述反应器单元的材质为碳基杂化材料和/或高分子功能化的棉织物。本发明的海水蒸发器具有结构简单、体积小、立体三维全向性等特点，从而使得其在海水淡化过程中表现出耐候性强、力学性能优异、蒸发效率高等优点，因而在海水淡化领域具有广阔的应用前景。

Description

一种海水蒸发器及其应用

技术领域

本发明涉及一种海水蒸发器，特别涉及到一种三维海水蒸发器及其应用，属于材料技术和海水淡化技术领域。

背景技术

水是生命的源泉，是支撑经济、社会发展的必需资源。随着我国经济社会的快速发展和城市化进程的不断推进，水资源总量短缺和时空匹配矛盾日益突出，特别在沿海地区和海岛，水资源缺乏已成为制约经济社会发展的瓶颈之一。全球超过十亿人缺乏淡水，相关学者推算，到2025年将有三分之二的世界人口面临缺乏淡水。与此同时，海水资源非常丰富，如何将海水淡化成饮用水是人类一直追求的目的。海水淡化作为稳定的水资源增量技术，是解决我国沿海和临海地区水资源供需矛盾、优化水资源结构和保障供水安全的重要战略选择。常用的海水淡化途径过滤法，但是从经济效益方面考虑，其所需的过滤材料需经常更换，成本高、技术难度大、耗能大、经济负担重，从海水处理的效果考虑，其依旧存在效率低的问题。专利CN108035050A公开了一种三维多层填充电热蒸发织物、制备方法及应用。所述织物包括依次复合的电热蒸发层、漂浮隔热层、吸水层，三者通过捆绑纱相互交织结合为一体。制备方法为：按照纱线的选择方案排布各层经纱和捆绑纱；引入各层纬纱；引入漂浮嵌入材料；捆绑纱相互交织，将各层织造成一体。将所述电热蒸发层中的电热纤维的两端连接电极，利用电热纤维产生的热量将电热蒸发层中的水分加热蒸发。专利CN108035051A公开了一种线圈结构多层中空电热蒸发织物，其特征在于，由蒸发层、电热层、隔热导水层及漂浮层组成，蒸发层、电热层、隔热导水层及漂浮层通过不同的功能纤维织造成为一个整体。专利CN108166126A公开了一种三维结构电热蒸发织物及其制备方法，所述织物包括依次复合的电热蒸发层、漂浮隔热层、吸水层，三者通过捆绑纱结合为一体。制备方法为：按照纱线的选择方案排布经纱；引入各层纬纱；捆绑纱相互交织将各层经纬纱织造成一体；步进电机卷取；经过多次循环后下机。将电热蒸发层中电热纤维的两端连接电极，利用电热纤维产生的热量将电热蒸发层的水分加热蒸发。专利CN108035036A公开了一种三维多层中空结构电热蒸发织物，所述织物包括依次复合的蒸发层、电热层、隔热导水层及漂浮层，四者通过间隔纱结合为一体。制备方法为：开动引纬装置，引入各层纬纱；单组综框运动带动各层经纱同步交织，实现蒸发层、电热层、隔热导水层和漂浮层的织造；放入高度为间隔片，双组综框运动带动间隔纱相互交织，构成间隔层；打纬，并通过步进电机卷取，即获得三维多层结构电热蒸发织物。将电热层中电热纤维的两端连接电极，利用电热纤维产生的热量将蒸发层加热，使水分蒸发。专利CN108018642A公开了一种线圈结构多层填充电热蒸发织物、制造方法，其特征在于，由蒸发层、电热层、漂浮隔热层及吸水层组成，蒸发层、电热层、漂浮隔热层及吸水层通过不同的功能纤维和材料织造成为一个整体。以上现有专利都是采用纬纱织造，且利用电热加速水分的蒸发,成本加大，增加处理成本。

德克萨斯大学奥斯汀分校的余桂华等人发展了一种具有分级纳米结构的凝胶用于海水蒸发，其蒸发效率在一个太阳下能够达到3.2kg/m²/h，但是其的材料强度仅有10⁴Pa,并且制备过程要经过10次冷冻干燥，比较复杂。

阿卜杜拉国王科技大学的王鹏等人通过将氧化石墨烯和碳管的混合液抽滤的方法获得了发展了一种3D结构的海水蒸发器，但是其在一个太阳下效率仅能达到1.59kg/m²/h。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海水蒸发器，以克服现有技术的不足。

本发明的又一目的在于提供所述海水蒸发器的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种海水蒸发器，其包括具有水分吸收及运输作用的支柱和具有光热转换作用的反应器单元，所述反应器单元分布于所述支柱上。

本发明实施例还提供了前述海水蒸发器于海水淡化领域的用途。

本发明实施例还提供了一种海水淡化方法，其包括：将前述的海水蒸发器置于承载有海水的容器内，使所述海水蒸发，得到淡化后的纯水。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明提供的海水蒸发器通过合理地调控光热转化作用的反应器单元的组成、几何结构及阵列排布方式等可以实现三维树状海水蒸发器的结构可控，实现其对不同太阳光波段的最大吸收和转化，进而开发具有结构简单、体积小、立体三维全向性的海水蒸发器；

2)本发明提供的海水蒸发器具有较好的耐候性，在高温、低温、高浓度盐、强酸、强碱等环境中处理40h后，海水蒸发效率不变，仍保持在95％以上；

3)本发明提供的海水蒸发器综合利用太阳能资源，其蒸发量在4.0kg/m²/h以上，蒸发效率在95％以上，均高于目前所报道的海水蒸发材料，并且其对不同浓度(10-10000mg/L)的Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺、Sr²⁺、B³⁺等离子中的一种或多种混合体系均具有99.95％以上的截留率；

4)本发明提供的海水蒸发器具有耐候性强、力学性能优异、蒸发效率高等优点，将会在海水淡化领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明一典型实施方案之中一种海水蒸发器的三维空间结构及海水淡化过程示意图。

图2a-图2c分别是本发明实施例1中采用相同组成的光热转化反应器，在不同的排布方式下(二维膜材料和三维树状结构)，表现出不同的海水蒸发效果图，其中，图2a是在实际太阳光下模拟海水蒸发过程，图2b是用红外成像仪对蒸发过程进行拍照，图2c是经过相同时间，以二维膜材料为蒸发的容器中只有水膜，而以三维树状结构的蒸发器中形成了水柱。

图3是本发明实施例1中采用相同组成的光热转化反应器，在不同的排布方式下(二维膜材料和三维树状结构)，表现出不同的海水蒸发效率图。

图4是本发明实施例4和实施例5中采用相同组成的光热转化反应器下，改变空间结构(二维膜材料和三维树状结构)，表现出不同的海水蒸发效率图。

图5a和图5b分别是本发明实施例1中的海水蒸发器浸入到浓硫酸及高浓度盐溶液体系中24h后的示意图。

图6a和图6b是本发明实施例1所获海水蒸发器用于海水淡化实验，不同浓度的离子的截留率示意图。

图7是本发明对照例2中分级纳米结构的凝胶的力学性能示意图。

图8是本发明对照例3中氧化石墨烯和碳管的混合液抽滤薄膜的对太阳光的海水淡化量示意图。

附图标记说明：1-密闭空间，2-海水蒸发器，3-承载有海水的容器，4-蒸发后得到的纯水。

具体实施方式

鉴于现有技术中存在的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，其主要是利用碳材料的光热效应以及聚合物对织物的功能化修饰，通过合理地调控光热转化作用的反应器单元的组成、几何结构及阵列排布方式等可以实现三维树状海水蒸发器的结构可控，实现其对不同太阳光波段的最大吸收和转化，进而开发具有结构简单、体积小、立体三维全向性的海水蒸发器。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

作为本发明技术方案的一个方面，其所涉及的系一种海水蒸发器，如图1所示，所述海水蒸发器包括具有水分吸收及运输作用的支柱和具有光热转换作用的反应器单元，所述反应器单元分布于所述支柱上。

所述海水蒸发器为树枝状三维海水蒸发器，具有三维树状结构，利于水汽的运输与传递。

在一些实施例中，所述反应器单元与支柱之间的夹角为5～75°。

进一步地，所述支柱上反应器单元的层数为10～100。

进一步地，任意相邻的两个反应器单元之间的距离为0.01～0.05m。

在一些实施例中，所述反应器单元的材质为碳基杂化材料和/或高分子功能化的棉织物，所述棉织物的纹理包括平纹、斜纹、缎纹、蜂窝状纹等，优选具有孔径可控、力学性能优异、结构稳定的蜂窝织物，但不仅限于此。

在一些实施例中，所述支柱的长度为0.1～5m，直径为0.01～0.10m。

在一些实施例中，所述支柱的材质可选纸和棉织物中的一种。其中，所述纸的形状包括锯齿形、平纹形、菱形、阶梯形、螺纹形中的一种。所述棉织物的纹理包括平纹、斜纹、缎纹、蜂窝状纹等，优选具有孔径可控、力学性能优异、结构稳定的蜂窝织物，但不仅限于此。

在一些实施例中，所述反应器的形状可以是圆形结构、矩形结构、三角星结构、五角星结构、六边形结构、八边形结构中的一种或几种，也可以是圆柱体、立方体、指南针型中的一种，但不仅限于此。

在一些实施例中，所述碳基杂化材料包括碳纳米管和氧化石墨烯的混合体系。

其中，所述碳纳米管与氧化石墨烯的质量比为1：6～6：1。

在一些实施例中，所述碳纳米管包括氨基化碳纳米管、羧基化碳纳米管、羟基化碳纳米管等中的任意一种或两者以上的组合，但不仅限于此。

进一步地，所述碳纳米管的长度控制在200nm～2μm。

进一步地，所述氧化石墨烯包括羧基化氧化石墨烯、羟基化氧化石墨烯等，但不仅限于此。

进一步地，所述氧化石墨烯的片层尺寸控制在200nm～4μm。

进一步地，所述碳纳米管或氧化石墨烯所含官能团的含量为0.5～3.5wt％。

在一些实施例中，所述高分子功能化的棉织物中的高分子包括聚吡咯衍生物、聚苯胺衍生物等，但不仅限于此。

进一步地，所述聚吡咯衍生物包括聚吡咯与高分子材料的共聚物和/或掺杂聚吡咯，所述聚苯胺衍生物包括聚苯胺与高分子材料的共聚物和/或掺杂聚苯胺。

进一步地，共聚的高分子材料包括聚丙烯酸、聚乙二醇、聚丙三醇、聚苯甲酸、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸二甲胺乙酯等极性高分子中的任意一种或两种以上的组合，但不仅限于此。

进一步地，所述掺杂聚吡咯或掺杂聚苯胺中所含掺杂元素包括N、S、Si、Bi、Ti、P等中的任意一种或两种以上的组合，但不仅限于此。

进一步地，所述聚吡咯衍生物的数均分子量为10000～50000。

进一步地，所述聚苯胺衍生物的数均分子量为5000～50000。

在一些实施例中，所述海水蒸发器具有较好的耐候性，在高温(100～600℃)、低温(-50～0℃)、高浓度盐(盐浓度为0.1～10mol/L氯化钠溶液)、强酸(浓度为0.1～5mol/L的盐酸)、强碱(浓度为0.1～10mol/L氢氧化钠)环境中处理40h后，海水蒸发效率仍保持在95％以上。

进一步地，所述海水蒸发器的蒸发量在4.0kg/m²/h以上，均高于目前所报道的海水蒸发材料。

进一步地，所述海水蒸发器对不同浓度(10～10000mg/L)的离子均具有99.95％以上的截留率，其中所包含的离子包括Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺、Sr²⁺、B³⁺等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

作为本发明技术方案的另一个方面，其还涉及前述的海水蒸发器于海水淡化领域的用途。

相应的，本发明实施例的另一个方面还提供了一种海水淡化方法，参见图1所示，其包括：在密闭空间1内，将前述的海水蒸发器2置于承载有海水的容器3内，使所述海水蒸发，得到淡化后的纯水4。

藉由前述制备工艺，本发明的海水蒸发器具有结构简单、体积小、立体三维全向性等特点，从而使得其在海水淡化过程中表现出耐候性强、力学性能优异、蒸发效率高等优点，将会在海水淡化领域具有广阔的应用前景。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及若干较佳实施例，对本发明的技术方案进行进一步详细的解释说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

(1)支柱的结构与组成。支柱长度为0.1m,直径为0.01m，选用锯齿形结构的纸质材料；

(2)反应器单元的结构与组成。反应器单元的形状为圆形，材质为碳纳米管和氧化石墨烯功能化的棉织物。其中，棉织物为蜂窝纹理，碳纳米管选用氨基化碳纳米管，氨基接枝率为0.5％，碳纳米管长度为200nm，氧化石墨烯为羧基化氧化石墨烯，片层尺寸为200nm，碳纳米管和氧化石墨烯的质量用量比是1：6。

(3)支柱与反应器单元的空间结构。支柱与反应器单元的空间夹角为5°，反应器单元的层数为10，相邻反应器单元之间的距离为0.01m。

将本实施例所得到的海水蒸发器与相同面积二维结构薄膜，在实际自然太阳光下进行海水蒸发淡化对比(如图2a所示)，图2b是用红外成像仪对蒸发过程进行拍照，如图2b右所示，亮度越大，温度越高。经过相同时间后发现，具有三维树枝状的海水蒸发器比二维结构薄膜具有更高的蒸发量。经过相同时间，以二维结构薄膜为蒸发的容器中只有水膜，而以三维树枝状结构的海水蒸发器中形成了水柱(如图2c所示)。经计算，二维结构薄膜和三维树枝状结构组成的蒸发器，表现出不同的海水蒸发效率，采用二维结构薄膜的蒸发器蒸发量为2kg/m²/h，采用三维树枝状结构的蒸发器蒸发量为4.4kg/m²/h(如图3所示)。进一步的，本案发明人将本实施例所得到的海水蒸发器浸入到浓硫酸(图5a)及5mol/L的NaCl(图5b)溶液体系中40h后，发现反应器单元的外观形貌没有任何变化(如图5a和图5b所示)。进一步的，将所述水蒸发器分别置于600和0℃的体系中，海水蒸发效率仍保持96.4％。本案发明人将本实施例所得到的海水蒸发器用于海水淡化实验，其Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺、Sr²⁺、B³⁺在浓度为10-10000mg/L范围内均具有99.95％的截留率(如图6a和图6b所示)。

实施例2

(1)支柱的结构与组成。支柱长度为0.5m,直径为0.02m，选用螺纹形结构的纸质材料；

(2)反应器单元的结构与组成。反应器单元的形状为指南针型，材质为碳纳米管和氧化石墨烯功能化的棉织物。其中，棉织物为缎纹纹理，碳纳米管选用羧基化碳纳米管，羧基接枝率为2.5％，碳纳米管长度为1μm，氧化石墨烯为氨基化氧化石墨烯，片层尺寸为1μm，碳纳米管和氧化石墨烯的质量用量比是1：3。

(3)支柱与反应器单元的空间结构。支柱与反应器单元的空间夹角为15°，反应器单元的层数为15，相邻反应器单元之间的距离为0.02m。

将本实施例所得到的海水蒸发器与相同面积二维结构薄膜，在实际自然太阳光下进行海水蒸发淡化对比，经计算，二维结构薄膜和三维树枝状结构组成的蒸发器，表现出不同的海水蒸发效率，采用二维结构薄膜的蒸发器蒸发量为2.1kg/m²/h，采用三维树枝状结构的蒸发器蒸发量为4.5kg/m²/h。进一步的，本案发明人将例所得到的海水蒸发器分别浸入到0.1mol/L浓硫酸、5mol/L的NaCl、5mol/LNaOH、200℃和-15℃环境体系中40h后，海水蒸发效率仍保持原有的95.2％。本案发明人将本实施例所得到的海水蒸发器用于海水淡化实验，其Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺、Sr²⁺、B³⁺在浓度为10-10000mg/L范围内均具有99.96％的截留率。

实施例3

(1)支柱的结构与组成。支柱长度为2m,直径为0.05m，选用阶梯形结构的纸质材料；

(2)反应器单元的结构与组成。反应器单元的形状为八边行，材质为碳纳米管和氧化石墨烯功能化的棉织物。其中，棉织物为斜纹纹理，碳纳米管选用羟基化碳纳米管，羟基接枝率为3.5％，碳纳米管长度为2μm，氧化石墨烯为氨基化氧化石墨烯，片层尺寸为4μm，碳纳米管和氧化石墨烯的质量用量比是6：1。

(3)支柱与反应器单元的空间结构。支柱与反应器单元的空间夹角为25°，反应器单元的层数为50，相邻反应器单元之间的距离为0.04m。

将本实施例所得到的海水蒸发器与相同面积二维结构薄膜，在实际自然太阳光下进行海水蒸发淡化对比，经计算，二维结构薄膜和三维树枝状结构组成的蒸发器，表现出不同的海水蒸发效率，采用二维结构薄膜的蒸发器蒸发量为2.5kg/m²/h，采用三维树枝状结构的蒸发器蒸发量为5.7kg/m²/h。进一步的，本案发明人将例所得到的海水蒸发器分别浸入到1mol/L浓硫酸、10mol/L的NaCl、10mol/LNaOH、600℃和-50℃环境体系中40h后，海水蒸发效率保持原有的95.1％。本案发明人将本实施例所得到的海水蒸发器用于海水淡化实验，其Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺、Sr²⁺、B³⁺在浓度为10-10000mg/L范围内均具有99.95％的截留率。

实施例4

(1)支柱的结构与组成。支柱长度为2m，直径为0.03m，材质为数均分子量为10000的聚丙烯酸/聚吡咯共聚物修饰的棉织物，其中，棉织物的纹理为平纹；

(2)反应器单元的结构与组成。反应器单元的形状为圆柱形结构，材质为数均分子量为20000的聚苯甲酸/N-聚吡咯共聚物修饰后的棉织物；

(3)支柱与反应器单元的空间结构。支柱与反应器单元的空间夹角为35°，反应器单元的层数为20层，相邻反应器单元之间的距离为0.02m。

将本实施例所得到的海水蒸发器与相同面积二维结构薄膜，在实际自然太阳光下进行海水蒸发淡化对比，经过相同时间后发现，具有三维树枝状的海水蒸发器比二维结构薄膜具有更高的蒸发量。经计算，改变空间结构(二维结构薄膜即“2D film”和三维树枝状结构即“3D HPG”)表现出不同的海水蒸发效率，采用二维结构薄膜的蒸发器蒸发量为3.2kg/m²/h，采用三维树枝状结构的蒸发器蒸发量为7.0kg/m²/h(如图4中左部区域所示)。进一步的，本案发明人将本实施例所得到的海水蒸发器浸入到0.1mol/L浓硫酸及3mol/L的NaCl溶液体系中40h后，发现反应器单元的外观形貌没有任何变化。进一步的，将所述水蒸发器分别置于600和0℃的体系中，海水蒸发效率仍保持原有的96.1％。本案发明人将本实施例所得到的海水蒸发器用于海水淡化实验，其Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺、Sr²⁺、B³⁺在浓度为10-10000mg/L范围内均具有99.98％的截留率。

实施例5

(1)支柱的结构与组成。支柱长度为3m，直径为0.05m，选用棉织物，其高分子修饰物是数均分子量为5000的Si-掺杂聚甲基丙烯酸二甲胺乙酯/聚苯胺共聚物；

(2)反应器单元的结构与组成。反应器单元的形状为指南针型结构，材质为数均分子量为30000的N-掺杂聚甲基丙烯酸二甲胺乙酯/聚苯胺共聚物；

(3)支柱与反应器单元的空间结构。支柱与反应器单元的空间夹角为45°，反应器单元的层数为50层，相邻反应器单元之间的距离为0.03m。

将本实施例所得到的海水蒸发器与相同面积二维结构薄膜，在实际自然太阳光下进行海水蒸发淡化对比，经过相同时间后发现，具有三维树枝状的海水蒸发器比二维结构薄膜具有更高的蒸发量。经计算，改变空间结构(二维结构薄膜即“2D film”和三维树枝状结构即“3D HPG”)表现出不同的海水蒸发效率，采用二维结构薄膜的蒸发器蒸发量为3.8kg/m²/h，采用三维树枝状结构的蒸发器蒸发量为7.0kg/m²/h(如图4中右部区域所示)。进一步的，本案发明人将本实施例所得到的海水蒸发器浸入到1mol/L浓硫酸及4mol/L的NaCl溶液体系中40h后，发现反应器单元的外观形貌没有任何变化。进一步的，将所述水蒸发器分别置于400和10℃的体系中，海水蒸发效率仍保持原有的95.7％。本案发明人将本实施例所得到的海水蒸发器用于海水淡化实验，其Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺、Sr²⁺、B³⁺在浓度为10-10000mg/L范围内均具有99.96％的截留率。

实施例6

(1)支柱的结构与组成。支柱长度为4m，直径为0.06m，选用棉织物，其高分子修饰物是数均分子量为50000的P-聚乙烯醇/聚苯胺共聚物；

(2)反应器单元的结构与组成。反应器单元的形状为立体型结构，材质为数均分子量为10000的聚苯甲酸/聚苯胺共聚物；

(3)支柱与反应器单元的空间结构。支柱与反应器单元的空间夹角为55°，反应器单元的层数为60层，相邻反应器单元之间的距离为0.04m。

将本实施例所得到的海水蒸发器与相同面积二维结构薄膜，在实际自然太阳光下进行海水蒸发淡化对比，经过相同时间后发现，具有三维树枝状的海水蒸发器比二维结构薄膜具有更高的蒸发量。经计算，改变空间结构(二维结构薄膜即“2D film”和三维树枝状结构即“3D HPG”)表现出不同的海水蒸发效率，采用二维结构薄膜的蒸发器蒸发量为3.7kg/m²/h，采用三维树枝状结构的蒸发器蒸发量为6.9kg/m²/h。进一步的，本案发明人将本实施例所得到的海水蒸发器分别浸入到2mol/L硫酸、1mol/L氢氧化钠、8mol/L的NaCl溶液体系中40h后，发现反应器单元的外观形貌没有任何变化。进一步的，将所述水蒸发器分别置于100和-50℃的体系中，海水蒸发效率仍保持原有的95.3％。本案发明人将本实施例所得到的海水蒸发器用于海水淡化实验，其Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺、Sr²⁺、B³⁺在浓度为10-10000mg/L范围内均具有99.96％的截留率。

实施例7

(1)支柱的结构与组成。支柱长度为5m，直径为0.08m，选用棉织物，其高分子修饰物是数均分子量为20000的Bi-聚丙三醇/聚苯胺共聚物；

(2)反应器单元的结构与组成。反应器单元的形状为三角形结构，材质为数均分子量为20000的聚甲基丙烯酸二甲胺乙酯/聚吡咯共聚物；

(3)支柱与反应器单元的空间结构。支柱与反应器单元的空间夹角为65°，反应器单元的层数为80层，相邻反应器单元之间的距离为0.04m。

将本实施例所得到的海水蒸发器与相同面积二维结构薄膜，在实际自然太阳光下进行海水蒸发淡化对比，经过相同时间后发现，具有三维树枝状的海水蒸发器比二维结构薄膜具有更高的蒸发量。经计算，改变空间结构(二维结构薄膜即“2D film”和三维树枝状结构即“3D HPG”)表现出不同的海水蒸发效率，采用二维结构薄膜的蒸发器蒸发量为3.9kg/m²/h，采用三维树枝状结构的蒸发器蒸发量为7.2kg/m²/h。进一步的，本案发明人将本实施例所得到的海水蒸发器分别浸入到1.5mol/L硫酸、6mol/L氢氧化钠、7mol/L的NaCl溶液体系中40h后，发现反应器单元的外观形貌没有任何变化。进一步的，将所述水蒸发器分别置于300和-20℃的体系中，海水蒸发效率仍保持原有的97.2％。本案发明人将本实施例所得到的海水蒸发器用于海水淡化实验，其Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺、Sr²⁺、B³⁺在浓度为10-10000mg/L范围内均具有99.97％的截留率。

实施例8

(1)支柱的结构与组成。支柱长度为5m，直径为0.10m，选用棉织物，其高分子修饰物是数均分子量为50000的Ti-聚乙二醇/聚吡咯共聚物；

(2)反应器单元的结构与组成。反应器单元的形状为五角星结构，材质为数均分子量为30000的聚苯甲酸/聚苯胺共聚物；

(3)支柱与反应器单元的空间结构。支柱与反应器单元的空间夹角为75°，反应器单元的层数为60层，相邻反应器单元之间的距离为0.04m。

将本实施例所得到的海水蒸发器与相同面积二维结构薄膜，在实际自然太阳光下进行海水蒸发淡化对比，经过相同时间后发现，具有三维树枝状的海水蒸发器比二维结构薄膜具有更高的蒸发量。经计算，改变空间结构(二维结构薄膜即“2D film”和三维树枝状结构即“3D HPG”)表现出不同的海水蒸发效率，采用二维结构薄膜的蒸发器蒸发量为3.7kg/m²/h，采用三维树枝状结构的蒸发器蒸发量为6.9kg/m²/h。进一步的，本案发明人将本实施例所得到的海水蒸发器分别浸入到2mol/L硫酸、1mol/L氢氧化钠、8mol/L的NaCl溶液体系中40h后，发现反应器单元的外观形貌没有任何变化。进一步的，将所述水蒸发器分别置于100和-50℃的体系中，海水蒸发效率仍保持原有的95.4％。本案发明人将本实施例所得到的海水蒸发器用于海水淡化实验，其Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺、Sr²⁺、B³⁺在浓度为10-10000mg/L范围内均具有99.96％的截留率。

对照例1：公开号为CN4941461A的专利公开了一种海水淡化用纳滤膜及其制备方法，其海水脱盐率在31％-98％之间，脱盐率较低。

对照例2：

德克萨斯大学奥斯汀分校的余桂华等人发展了一种具有分级纳米结构的凝胶用于海水蒸发，其蒸发效率在一个太阳下能够达到3.2kg/m²/h，但是其的材料强度仅有10⁴Pa(图7),并且制备过程要经过10次冷冻干燥，比较复杂。

对照例3

阿卜杜拉国王科技大学的王鹏等人通过将氧化石墨烯和碳管的混合液抽滤的方法获得了发展了一种3D结构的海水蒸发器，但是其在一个太阳下效率仅能达到1.59kg/m²/h(图8)。

此外，本案发明人还参照实施例1-实施例8的方式，以本说明书中列出的其它原料和条件等进行了试验，并同样制得了具有结构简单、体积小、立体三维全向性等特点的海水蒸发器。应当理解，以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海水蒸发器，其特征在于包括具有水分吸收及运输作用的支柱和具有光热转换作用的反应器单元，所述反应器单元分布于所述支柱上。

2.根据权利要求1所述的海水蒸发器，其特征在于：所述反应器单元与支柱之间的夹角为5～75°；和/或，所述支柱上反应器单元的层数为10～100；和/或，任意相邻的两个反应器单元之间的距离为0.01～0.05m；和/或，所述海水蒸发器为树枝状三维海水蒸发器。

3.根据权利要求1所述的海水蒸发器，其特征在于：所述反应器单元的材质为碳基杂化材料和/或高分子功能化的棉织物，所述棉织物的纹理包括平纹、斜纹、缎纹或蜂窝状纹，尤其优选的，所述棉织物包括蜂窝织物。

4.根据权利要求1所述的海水蒸发器，其特征在于：所述支柱的长度为0.1～5m，直径为0.01～0.10m；和/或，所述支柱的材质包括纸或棉织物；优选的，所述纸的形状包括锯齿形、平纹形、菱形、阶梯形或螺纹形；优选的，所述棉织物的纹理包括平纹、斜纹、缎纹或蜂窝状纹，尤其优选的，所述棉织物包括蜂窝织物。

5.根据权利要求1所述的海水蒸发器，其特征在于：所述反应器单元的形状包括圆形、圆柱体、立方体、指南针型，矩形、三角星、五角星、六边形、八边形中的任意一种；优选的，所述反应器单元为圆柱体、立方体或指南针型。

6.根据权利要求1所述的海水蒸发器，其特征在于：所述碳基杂化材料包括碳纳米管和氧化石墨烯的混合体系；优选的，所述碳纳米管与氧化石墨烯的质量比为1：6～6：1；

优选的，所述碳纳米管包括氨基化碳纳米管、羧基化碳纳米管、羟基化碳纳米管中的任意一种或两者以上的组合；优选的，所述碳纳米管的长度为200nm～2μm；优选的，所述氧化石墨烯包括羧基化氧化石墨烯和/或羟基化氧化石墨烯；优选的，所述氧化石墨烯的片层尺寸为200nm～4μm；

优选的，所述碳纳米管或氧化石墨烯所含官能团的含量为0.5～3.5wt％。

7.根据权利要求1所述的海水蒸发器，其特征在于：所述高分子功能化的棉织物中的高分子包括聚吡咯衍生物和/或聚苯胺衍生物；

优选的，所述聚吡咯衍生物包括聚吡咯与高分子材料的共聚物和/或掺杂聚吡咯，所述聚苯胺衍生物包括聚苯胺与高分子材料的共聚物和/或掺杂聚苯胺；

优选的，所述高分子材料包括聚丙烯酸、聚乙二醇、聚丙三醇、聚苯甲酸、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸二甲胺乙酯中的任意一种或两种以上的组合；

优选的，所述掺杂聚吡咯或掺杂聚苯胺中所含掺杂元素包括N、S、Si、Bi、Ti、P中的任意一种或两种以上的组合；

优选的，所述聚吡咯衍生物的数均分子量为10000～50000；

优选的，所述聚苯胺衍生物的数均分子量为5000～50000。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的海水蒸发器，其特征在于：所述海水蒸发器的蒸发效率在95％以上；优选的，所述海水蒸发器在高温、低温、高盐、强酸或强碱环境中浸泡40h后，海水蒸发效率仍在95％以上，其中，所述高温环境的温度为100～600℃，所述低温环境的温度为-50～0℃，所述高盐环境的盐浓度为0.1～10mol/L，所述强酸环境为浓度为0.1～5mol/L的盐酸溶液，所述强碱环境为浓度为0.1～10mol/L的氢氧化钠溶液；

和/或，所述海水蒸发器的蒸发量在4.0kg/m²/h以上；

和/或，所述海水蒸发器对海水中离子的截留率在99.95％以上，所述离子包括Na⁺、Mg^{2 +}、Ca²⁺、K⁺、Sr²⁺、B³⁺中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述离子的浓度为10～10000mg/L。

9.权利要求1-8中任一项所述的海水蒸发器于海水淡化领域的用途。

10.一种海水淡化方法，其特征在于包括：将权利要求1-8中任一项所述的海水蒸发器置于承载有海水的容器内，使所述海水蒸发，得到淡化后的纯水。

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