PAM-PDA-PEG改性气凝胶的光热转换性能研究

摘要

气凝胶具有高孔隙率和低热导率,能够吸收太阳光并转换为热能加热液态水,因此被广泛应用于太阳能驱动水蒸发领域,可以实现高效的海水淡化和污水处理。为了提高气凝胶的水蒸发速率,选择吸水性好的聚丙烯酰胺（PAM）为基底,聚多巴胺（PDA）为亲水改性材料,聚乙二醇（PEG）为分散剂,通过冷冻干燥法制备PAM-PDA-PEG（PG-PAM）改性气凝胶。利用扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外/可见/近红外分光光度计（UV-vis-NIR）、水接触角和拉曼光谱（Raman）对改性气凝胶的微观形貌、化学组成、光学性质、亲水性及水状态进行了表征。还利用模拟蒸发系统测试了PAM-PDA-PEG的光热转换性能。结果表明,纯PAM的光热转换性能较弱,但经过改性后的PAM-PDA-PEG气凝胶不仅具有良好的吸光性和亲水性,还蕴含大量的中间水,可以有效地降低蒸发所需要的能量。经过测试,PAM-PDA-PEG在1 k W·m^-2的光强下蒸发速率达到2.40 kg·m^-2·h^-1,是纯PAM的5倍。此外,脱盐和染料去除实验证明了PAM-PDAPEG实际应用能力。

关键词

太阳能 / 光热转换 / 改性气凝胶 / 水蒸发 / 中间水