楊沁諭， 張少春， 李海成， 孫立國(guó)

(黑龍江大學(xué) 化學(xué)化工與材料學(xué)院，哈爾濱 150080)

0 引 言

水資源短缺已成為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展面臨的最緊迫的全球性威脅之一，從海水中提取淡水的脫鹽技術(shù)越來越受到重視[1]。目前，膜過濾和熱蒸餾是海水淡化的主導(dǎo)市場(chǎng)[2-3]。但無論是膜過濾還是熱蒸餾都需要大量的能源消耗。界面太陽能水蒸發(fā)系統(tǒng)將熱量限制在表面，是有前景的生產(chǎn)淡水的方法[4-16]。其中生物質(zhì)碳材料與其他材料組合成復(fù)合光熱蒸發(fā)器是一種利用太陽能的方法，可用于海水淡化和廢水處理等。本文從構(gòu)建仿生體系入手，引入天然生物質(zhì)材料甘蔗，利用低成本、絕緣和親水的支撐材料與生物質(zhì)制成的有效吸光材料相結(jié)合，制備多層復(fù)合水蒸發(fā)器。將甘蔗切成薄片直接碳化后，負(fù)載在聚苯乙烯泡沫上，用經(jīng)過親水性處理的毛細(xì)玻璃管作為水傳輸通道，構(gòu)建新型甘蔗碳材料太陽能光熱蒸發(fā)器，并進(jìn)行光熱蒸發(fā)的性能測(cè)試。同時(shí)對(duì)新型甘蔗碳材料太陽能光熱蒸發(fā)器進(jìn)行海水淡化性能研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 化學(xué)試劑

甘蔗買自市場(chǎng)，海水取自渤海，去離子水購(gòu)于哈爾濱文景蒸餾水廠，氯化鈉(NaCl, 分析純)、濃硫酸 (H2SO4，98 %，分析純)、濃硝酸 (HNO3，68 %，分析純)、雙氧水 (H2O2，30%，分析純)，均來自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 甘蔗多孔碳片的制備

取直徑約為3 cm且粗細(xì)均勻的甘蔗去皮，并將甘蔗切成5 mm的薄片，放入表面皿中，用冷凍干燥的方法去除甘蔗的水分備用。將5 mm厚甘蔗片放入反應(yīng)釜中，在80 ℃下水熱化12 h，之后冷凍干燥去除水分。隨后將干燥好的甘蔗片置于坩堝中，放置于氮?dú)怦R弗爐中，升溫速率為5 ℃·min-1，在 500 ℃、700 ℃和900 ℃下恒溫2 h。待冷卻至室溫，得到甘蔗多孔碳片。

1.3 組裝甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道蒸發(fā)裝置

取30 mL 30%的H2O2溶液與70 mL濃H2SO4溶液混合，配制成親水處理劑，將30根8 cm長(zhǎng)的毛細(xì)玻璃管放入親水處理劑中浸泡24 h，取出后用大量去離子水沖洗，直至呈中性之后自然風(fēng)干。將聚苯乙烯隔熱泡沫裁切為厚1.5 cm，直徑為3.2 cm的圓柱體，將經(jīng)過親水處理的30根毛細(xì)玻璃管作為仿生稻管輸水通道，間隔均勻地插入聚苯乙烯泡沫內(nèi)，聚苯乙烯泡沫上表面裸露的毛細(xì)管的長(zhǎng)度約為0.5 cm。將制備好的甘蔗多孔碳片圓片覆在毛細(xì)玻璃管上并用聚苯乙烯隔熱泡沫作為支撐，組裝成甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道。將特制的直徑為3.4 cm，高12 cm的聚丙烯瓶作為蒸發(fā)容器，將組裝好的帶有甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道的圓柱體聚苯乙烯泡沫放置于裝滿水的特制聚丙烯瓶中，讓圓柱體聚苯乙烯泡沫正好與特制聚丙烯瓶之間無縫隙，且水面剛好沒過圓柱體聚苯乙烯泡沫底部，水面與圓柱體聚苯乙烯泡沫底面無空隙。最后將整個(gè)特制聚丙烯瓶體用隔熱材料包裹以減少熱損失，組裝成甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道蒸發(fā)裝置。

1.4 表征與測(cè)試

1)SEM 測(cè)試。為了確定所制備甘蔗多孔碳片的尺寸大小與孔隙結(jié)構(gòu)，以及分析甘蔗多孔碳的表觀形態(tài)和聚集結(jié)構(gòu)，使用S-4800型掃描電子顯微鏡進(jìn)行測(cè)試與表征。

2)FT-IR測(cè)試。采用溴化鉀壓片法，采用美國(guó)PE公司生產(chǎn)的型號(hào)為SPECTRUM ONE的傅立葉紅外光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行表面基團(tuán)和官能團(tuán)的分析。

3)XRD測(cè)試。使用德國(guó)布魯克公司生產(chǎn)的D8 ADVANCE型X射線衍射儀進(jìn)行相組成及晶型的分析。XRD測(cè)試條件： Cu靶Kα射線，石墨單色器，管電流100 mA，管電壓50 kV，掃描速度5°·min-1。

4)XPS測(cè)試。采用英國(guó)Kratos公司AXIS Ultra DLD型X射線光電子能譜對(duì)樣品進(jìn)行表面元素的定性和定量分析。

5)Raman測(cè)試。采用法國(guó)JY公司生產(chǎn)的HR800型激光拉曼光譜儀進(jìn)行檢測(cè)與分析，物鏡50X，激發(fā)波長(zhǎng)分別為457.9 nm和632.8 nm的氬離子激光器。

6)接觸角測(cè)試。采用德國(guó)Dataphysics公司OCA20型接觸角儀，測(cè)量樣品的水接觸角。

1.5 光熱蒸發(fā)性能測(cè)試

1)水蒸發(fā)速率測(cè)試。北京泊菲萊Micro-solar 300UV氙燈來模擬太陽光源，并用北京泊菲萊的PL-MW2000 強(qiáng)光功率計(jì)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)太陽光照強(qiáng)度的校準(zhǔn)。將甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道蒸發(fā)裝置置于電子天平上，每隔5 min記錄電子天平上損失的水分質(zhì)量，連續(xù)測(cè)90 min，并取后60 min的數(shù)據(jù)。最后將得到的每個(gè)數(shù)據(jù)除以蒸發(fā)膜的面積和對(duì)應(yīng)的時(shí)間，得到水蒸發(fā)速率。

2)膜表面溫度測(cè)試。采用北京泊菲萊FLIR One Pro紅外熱成像相機(jī)，每隔5 min測(cè)試膜表面的溫度。

3)水體溫度測(cè)試。使用常用水銀溫度計(jì)分別測(cè)試甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道蒸發(fā)裝置進(jìn)行光熱蒸發(fā)前和光熱蒸發(fā)后的水面溫度。

4)紫外可見光近紅外測(cè)試。采用美國(guó)鉑金埃爾默的Lambda-950型紫外可見光近紅外分光光度計(jì)進(jìn)行UV-vis-NIR測(cè)試,波長(zhǎng)為250～2 500 nm。

5)循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試。在模擬太陽光源為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光照強(qiáng)度下，每次測(cè)量90 min，記錄水分損失質(zhì)量并計(jì)算水蒸發(fā)速率，循環(huán)10次，評(píng)價(jià)其循環(huán)穩(wěn)定性。

1.6 海水淡化測(cè)試

用NaCl配制鹽度分別為1.5%，3.0%，3.5%，4.0%的模擬海水，并將收集的渤海海水過濾后備用。仿生稻管通道蒸發(fā)裝置分別對(duì)模擬海水、渤海海水用模擬太陽光源氙燈進(jìn)行光熱蒸發(fā)，并用冷凝裝置收集蒸發(fā)后的水共2 mL。分別將收集到的2 mL不同樣品加2 mL 2%的稀硝酸稀釋，用美國(guó)鉑金埃爾默Optima 8300 原子發(fā)射光譜儀進(jìn)行電感耦合等離子體—發(fā)射光譜測(cè)試，分別比較光熱蒸發(fā)前和蒸發(fā)后模擬海水，渤海海水的離子濃度變化，并計(jì)算離子去除率。

2 結(jié)果與討論

2.1 甘蔗多孔碳片的SEM表征

掃描電子顯微鏡(SEM)測(cè)試，探究了甘蔗在碳化之后的形貌，甘蔗多孔碳片的掃描電鏡照片見圖1。由圖1(a)和圖1(b)可見，甘蔗具有典型維管束和薄壁細(xì)胞的完整排列，前者形成集中式輸水單元，后者則密集地分布在這些單元之間。垂直維管束分別由輸送糖分直徑約20 μm的篩管和輸送水分直徑約60 μm的容器組成。這證明了甘蔗內(nèi)部是雙功能的結(jié)構(gòu)，且經(jīng)碳化形成甘蔗多孔碳片之后，完整地保留了原有天然甘蔗的孔隙結(jié)構(gòu)。

圖1 甘蔗多孔碳片的SEM圖Fig.1 SEM images of porous carbon sheet from sugarcane

甘蔗薄壁組織細(xì)胞的長(zhǎng)度為200～400 μm見圖1(c)。由圖1(c)可見，薄壁組織細(xì)胞呈蜂窩狀連續(xù)排列，單個(gè)細(xì)胞直徑在50～200 μm。這種蜂窩狀結(jié)構(gòu)和密集復(fù)雜的多通道可充當(dāng)光子捕獲的陷阱，通過引入多重光散射效應(yīng)而有效地吸收太陽能。此外，眾多相互連接的通道可以促進(jìn)水分子的運(yùn)輸。甘蔗在薄壁細(xì)胞內(nèi)壁上分布著少量長(zhǎng)軸約3～5 μm大小的橢圓孔見圖1(d)。由圖1(d)可見，能夠使水在水平方向上擴(kuò)散和輸送。這些壁孔為蔗糖在維管束和薄壁細(xì)胞之間擴(kuò)散提供了通道。然而，由于黏性力的作用，水在這些壁孔中的透過率遠(yuǎn)低于維管束中的透過率。因此，脫糖和充氣的薄壁組織細(xì)胞可以作為接近封閉的腔室，有效地防止水在周圍環(huán)境下擴(kuò)散。

2.2 甘蔗多孔碳片的FT-IR和XPS表征

用FT-IR光譜和XPS光譜對(duì)未經(jīng)處理的原甘蔗和甘蔗多孔碳片進(jìn)行表征見圖2。由圖2(a)可見，由于纖維素的存在，未經(jīng)處理的天然甘蔗表面有豐富的碳?xì)浜土u基。3 304和2 920 cm-1處分別出現(xiàn)了歸屬于O-H變形振動(dòng)和C-H伸縮振動(dòng)的吸收峰；吸收峰1 583 cm-1是由于受到吸附水分子中O-H伸縮振動(dòng)的影響，吸收峰1 353 cm-1歸屬于C-H的面內(nèi)彎曲振動(dòng)。對(duì)比未經(jīng)處理的天然甘蔗表面，甘蔗多孔碳片的FT-IR譜圖顯示，歸屬于O-H變形振動(dòng)的吸收峰型強(qiáng)度變低，1 717和1 430 cm-1處歸屬于C-O伸縮振動(dòng)的吸收峰，1 035 cm-1處歸屬于C-O-C伸縮振動(dòng)的吸收峰變得更加明顯，吸收峰變化表明在表面碳化過程中發(fā)生了氧化反應(yīng)，使得甘蔗多孔碳片的含氧官能團(tuán)增加。

圖2 甘蔗多孔碳片的FT-IR和XPS圖Fig.2 FT-IR spectra and XPS full spectra of porous carbon sheet from sugarcane

未處理的天然甘蔗的XPS全譜圖見圖2(b)。經(jīng)碳化處理后，甘蔗多孔碳片中的氧含量為36.03 wt%，說明天然甘蔗經(jīng)過碳化之后，引入大量含氧官能團(tuán)，與FT-IR結(jié)果一致。

2.3 甘蔗多孔碳片的XRD和Raman表征

天然甘蔗和甘蔗多孔碳片進(jìn)行了XRD和Raman測(cè)試見圖3(a)。由圖3(a)可見,在14.4°處的衍射峰屬于纖維素。出現(xiàn)在28.9°和40.9°左右的寬峰和低峰分別對(duì)應(yīng)于(002)和(100)平面的石墨晶格的衍射，顯示出非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。碳化后的甘蔗多孔碳片沒有明顯的峰型變化，說明甘蔗多孔碳片保持了天然甘蔗的微觀結(jié)構(gòu)。

圖3 甘蔗多孔碳片的XRD和Raman圖Fig.3 XRD spectra and Raman spectra of porous carbon sheet from sugarcane

拉曼光譜作為一種有效的表征碳材料結(jié)構(gòu)變化的手段，天然甘蔗和甘蔗多孔碳片的Raman譜圖見圖3(b)。由圖3(b)可見，D峰與G峰的強(qiáng)度之比(ID/IG)表示碳材料表面結(jié)構(gòu)的缺陷化程度。其中，D峰的產(chǎn)生與缺陷的石墨化結(jié)構(gòu)有關(guān)，而G峰則歸因于碳原子sp2區(qū)域的切向振動(dòng)；天然甘蔗和甘蔗多孔碳片在1 360 cm-1和1 582 cm-1兩處分別出現(xiàn)了缺陷化的D峰和寬的G峰；天然甘蔗的ID/IG值由碳化處理前的0.80升高至甘蔗多孔碳片的0.82，表明了甘蔗多孔碳片有著較高的氧化程度，但甘蔗表面微觀結(jié)構(gòu)的變化程度卻不大，表明碳化之后穩(wěn)定地保持了天然甘蔗結(jié)構(gòu)的性質(zhì)。

2.4 甘蔗多孔碳片的UV-vis-NIR表征

天然甘蔗和甘蔗多孔碳片的UV-vis-NIR吸光表征表明，天然甘蔗對(duì)光的反射較強(qiáng)，其吸光率低于10%，而甘蔗多孔碳片對(duì)光的反射極小，基本全部吸收，吸光率高于90%。證明甘蔗多孔碳片的黑體結(jié)構(gòu)能吸收大量太陽光，雙功能和蜂窩狀的孔隙結(jié)構(gòu)能更好地固定太陽光，使其吸光性能進(jìn)一步提高，這在吸收太陽光進(jìn)行光熱蒸發(fā)的過程中顯示了極大的優(yōu)勢(shì)。

2.5 甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道光熱蒸發(fā)性能測(cè)試

通過采用不同碳化溫度，控制甘蔗多孔碳片的表面碳化程度，以研究甘蔗多孔碳片表面碳化程度不同對(duì)太陽能光熱蒸發(fā)速率的影響。碳化溫度為500 ℃、700 ℃和900 ℃的甘蔗多孔碳片在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光照強(qiáng)度的模擬太陽光氙燈照射下的水蒸發(fā)速率分別為1.39 、1.56、1.49 kg·m-2·h-1。700 ℃碳化的甘蔗片水蒸發(fā)速率最高，相比700 ℃碳化的甘蔗片，500 ℃表面碳化程度不完全，水蒸發(fā)速率下降，而900 ℃碳化的甘蔗片速率下降，可能由于碳化溫度過高，表面碳化層作為光吸收層厚度太大，阻礙了水分的擴(kuò)散。這表明甘蔗不同的碳化溫度對(duì)太陽能光熱蒸發(fā)速率影響較大，選定700 ℃甘蔗多孔碳片進(jìn)行后續(xù)的性能測(cè)試和表征。此外，甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光照強(qiáng)度照射下，去離子水的蒸發(fā)速率為0.55 kg·m-2·h-1。

700 ℃碳化的甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道蒸發(fā)裝置分別在1～4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光照強(qiáng)度的照射下，甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道的水蒸發(fā)速率分別為1.56、2.88、4.22、5.52 kg·m-2·h-1。這表明甘蔗多孔碳片有著較高的光吸收能力和光熱轉(zhuǎn)換能力，并在高光強(qiáng)下蒸發(fā)表面形貌維持穩(wěn)定。而仿生稻管通道的高效親水特性，能保證將水分源源不斷地泵送到甘蔗多孔碳片的蒸發(fā)表面，這些特點(diǎn)都為甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道蒸發(fā)裝置實(shí)現(xiàn)高的太陽能水蒸發(fā)速率提供了有利條件。

為了排除不同環(huán)境溫度對(duì)黑暗狀態(tài)下的水蒸發(fā)速率影響，選取一天中的10：00、14：00和18：00時(shí)間段對(duì)甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道進(jìn)行1 h黑暗狀態(tài)下的水蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，在黑暗狀態(tài)下，10：00的水蒸發(fā)速率最慢，14：00的水蒸發(fā)速率最快，18：00的水蒸發(fā)速率適中，取其平均值得到甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道蒸發(fā)裝置的黑暗狀態(tài)下水蒸發(fā)速率為0.28 kg·m-2·h-1。

紅外熱成像相機(jī)進(jìn)行了測(cè)試見圖4。由圖4(a)可見，在1、2、3、4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度照射60 min的過程中，在15 min左右甘蔗多孔碳片表面溫度趨于穩(wěn)定，在剩余45 min內(nèi)略有升高，這表明甘蔗多孔碳片吸收光源照射，轉(zhuǎn)化為熱能使溫度升高的速率略慢，但仍能達(dá)到較高的表面溫度且保持穩(wěn)定，滿足水蒸發(fā)所需的熱量要求。此外，整個(gè)裝置外部有保溫層保護(hù)，可減小甘蔗多孔碳片的熱量向周圍環(huán)境散失。由圖4(b)～(f)可見，甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道在0、1、2、3、4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度照射60 min之后，蒸發(fā)表面的最終溫度。無太陽光照射的甘蔗多孔碳片表面溫度為19.6 ℃，與環(huán)境溫度20 ℃相近，而在模擬氙燈光源照射下的碳片表面最終溫度分別為43.8 ℃、46.4 ℃、 48.3 ℃、 50.5 ℃。這說明隨著模擬光源強(qiáng)度提高，甘蔗多孔碳片可將更多的光照轉(zhuǎn)化為熱量，表現(xiàn)為優(yōu)異的光熱性能。與文獻(xiàn)中蒸發(fā)膜的表面溫度相比，也具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

圖4 甘蔗多孔碳片表面在不同的標(biāo)準(zhǔn)太陽光強(qiáng)下的溫度變化Fig.4 Surface temperature variation at various standard solar intensity of the porous carbon sheet from sugarcane

2.6 甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道海水淡化性能測(cè)試

為了研究甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道的海水淡化性能，首先用NaCl配制鹽度分別為1.5%，3.0%，3.5%，4.0%的模擬海水。在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度下，甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道的水蒸發(fā)速率分別為1.45、1.42、1.40、1.38 kg·m-2·h-1。甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道在高鹽度的模擬海水中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。4.0%的模擬海水在進(jìn)行模擬太陽能海水淡化過程中，在高鹽度的模擬海水蒸發(fā)1 h的過程中，甘蔗多孔碳片表面未有鹽結(jié)晶形成。這說明具有雙功能和蜂窩狀結(jié)構(gòu)的甘蔗多孔碳片，以及具有高效親水特性的多通路仿生稻管通道，不但可將水源源不斷地泵送至蒸發(fā)表面，還能防止鹽結(jié)晶和鹽結(jié)垢，在對(duì)高鹽度的模擬海水進(jìn)行太陽能水蒸發(fā)時(shí)能夠保證蒸發(fā)速率的穩(wěn)定性，具有更好的太陽能海水淡化性能。

利用冷凝水收集裝置，收集鹽度分別為1.5%，3.0%，3.5%，4.0%的模擬海水在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光照強(qiáng)度下的冷凝水，分別將收集的2 mL冷凝水加2 mL 2%的稀硝酸稀釋，并分別用2 mL蒸發(fā)前的鹽水溶液加2 mL 2%的稀硝酸稀釋作為對(duì)比，用原子發(fā)射光譜儀進(jìn)行電感耦合等離子體發(fā)射光譜測(cè)試來表征蒸發(fā)后冷凝水的鈉離子濃度，經(jīng)過蒸發(fā)之后，模擬海水的鈉離子濃度分別為9.86、10.35、11.83、14.99 mg·L-1，與初始的鈉離子濃度相比均下降了4個(gè)數(shù)量級(jí)，低于世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定的200 mg·L-1的飲用水標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過該裝置收集的冷凝水鈉離子的去除率超過99.8%，這表明甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道蒸發(fā)裝置具有優(yōu)異的太陽能海水淡化性能，且能夠阻止鹽結(jié)晶，實(shí)現(xiàn)更高效的海水淡化過程。

同樣用收集的鹽度約為3.0%的渤海海水經(jīng)過濾之后作為樣品，研究甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道蒸發(fā)裝置冷凝水收集裝置對(duì)真正海水的淡化性能，海水經(jīng)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光照強(qiáng)度的模擬光源照射后，收集冷凝水中的Na+、Mg2+、Ca2+、K+、B3+濃度分別為9.386、1.562、1.087、2.33、0.05 mg·L-1，與初始海水中的離子濃度相比下降了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，低于世界衛(wèi)生組織 (WHO)分別規(guī)定的200、10、30、200、0.2 mg·L-1飲用水標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算結(jié)果顯示，經(jīng)過該裝置收集的冷凝水，真正海水中Na+、Mg2+、Ca2+、K+、B3+的去除效率分別為99.0%、99.89%、99.8%、99.5%、98.4%，對(duì)海水中主要離子的去除效率均超過98%，這表明甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道蒸發(fā)裝置—冷凝水收集裝置在真正海水的太陽能海水淡化中也表現(xiàn)為高效的離子去除率。

利用海水在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光強(qiáng)下進(jìn)行了10次循環(huán)實(shí)驗(yàn)，每次持續(xù)1 h，結(jié)果顯示，海水的太陽能蒸發(fā)速率穩(wěn)定，均維持在1.40 kg·m-2·h-1左右，與鹽度為3.0%模擬海水的蒸發(fā)速率持平，通過計(jì)算其每個(gè)循環(huán)過程中的光熱轉(zhuǎn)換效率可得， 光熱轉(zhuǎn)換效率也穩(wěn)定無下降，且均超過了75%，這證明甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道蒸發(fā)裝置具有相同且高效的海水淡化穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，為實(shí)際的海水淡化和脫鹽提純凈水提供了一種全新的方案。

3 結(jié) 論

以生物質(zhì)甘蔗為原料，制備了甘蔗多孔碳片，與經(jīng)過親水處理的毛細(xì)玻璃管構(gòu)建甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道蒸發(fā)裝置。甘蔗多孔碳片具有雙功能和蜂窩狀的孔隙結(jié)構(gòu)，具有高效的光吸收能力，是一種優(yōu)良的光熱蒸發(fā)器。經(jīng)過親水處理的多通路毛細(xì)玻璃管具有極強(qiáng)的吸水能力，能將水輸送至蒸發(fā)表面。兩者構(gòu)建成的甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道蒸發(fā)裝置具有優(yōu)異的光熱蒸發(fā)性能，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光照強(qiáng)度下，蒸發(fā)速率為1.56 kg·m-2·h-1，光熱轉(zhuǎn)換效率為87.13%。甘蔗多孔碳片/仿生稻管通道蒸發(fā)裝置也具有高效的海水淡化性能和廢水提純性能，收集的冷凝水各種離子濃度和油含量均至少下降了3個(gè)數(shù)量級(jí)，完全達(dá)到飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，為實(shí)際的太陽能提純凈水開發(fā)了一種新的策略。