本发明涉及海水淡化，尤其是mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器及其制备方法。
背景技术：
1、随着世界人口的稳步增长，人们对有限淡水资源的需求不断加剧。传统的低温多效蒸馏、多级闪蒸、反渗透、电渗析等国内外海水淡化的主流技术，有着管道结垢、效率低、能耗高、占地面积大的缺陷。最近，以太阳能驱动的界面太阳能-蒸汽系统成为海水淡化领域的研究热点，该系统通过将太阳能定位在蒸发器表面的光热材料，最大限度地减少热损失并增强热定位，增大光热转换的效率，提高海水淡化蒸发器的蒸发速率，以实现能耗低、无污染、便捷的海水淡化技术。
2、对于界面式太阳能蒸发系统，研究者通常将重点放在蒸发器材料的选择、水传输通道和蒸发器结构设计上。界面式太阳能蒸发器材料的发展多种多样，纳米纤维膜、织物、海绵、水凝胶、气凝胶等材料的研究得到大力的发展。其中的气凝胶基材料作为太阳能蒸汽的新兴材料之一，超高的孔隙率可使聚合物网络中所捕获的气体抑制三维结构的塌陷，从而具有较高的机械强度。同时，高比表面积、低堆积密度和极低导热率等优势使气凝胶成为界面式太阳能蒸发系统中蒸发器的理想选择。但是气凝胶中杂乱无序的孔隙不利于毛细力的作用进行水传输，并且气凝胶的机械脆性也阻碍了其发展。水传输通道对于界面式太阳能蒸发器实现高效、连续的水蒸发有着关键的作用，传统的三维水传输通道中杂乱无序且相互连接的多孔结构，以毛细力作为驱动，将水运输到蒸发层表面。但由于三维水通道直接与水体相连，在传输过程中会难以避免造成能量的损失，从而大大削弱热局部化效应。
3、光热材料作为太阳能的吸收转化材料，近几年得到科研工作者的广泛研究，主要包括半导体、金属纳米粒子、碳基复合材料和有机共轭聚合物等，这些材料的光热机制可分为电子-空穴的产生和弛豫、等离子局部化加热以及分子的热振动。但是很多材料光热转换效率低、能量管理不足、亲水性差等问题仍困扰着研究者。二维纳米材料mxene有着机械稳定性好、类型丰富、热辐射损耗可调、光学性质易于控制的优点。然而mxene的制备或加工存在成本高、产量低或额外的功能化处理等问题，从而限制了对海水淡化的应用。
4、cn111422873b公开了一种mxene/海藻酸钠衍生碳三维气凝胶及其制备方法和应用。本发明提供的mxene/海藻酸钠衍生碳三维气凝胶的制备方法，包括如下步骤：将mxene分散液和海藻酸钠水溶液进行液相混合，得到mxene/海藻酸钠混合溶液；向mxene/海藻酸钠混合溶液中加入氯化钙溶液，海藻酸钠凝胶化，得到mxene/海藻酸钠水凝胶；通过高温处理将海藻酸钠碳化，随后用1-3mol/l的盐酸和去离子水洗涤，得到mxene/海藻酸钠衍生碳三维气凝胶材料。上述专利提供的mxene/海藻酸钠衍生碳三维气凝胶材料，用于超级电容器领域时，具有较好的电化学性能。但是由于目前市面上对于mxene的制作工艺普遍存在效率较低的问题。这些mxene沉淀物(ms)是由未刻蚀的max和未剥落的多层mxene(m-mxene)以及少量残留的单层/少层mxene组成，目前mxene沉淀物在超级电容器、电磁屏蔽和智能可穿戴中得到广泛研究。但是值得注意的是，ms还是性能优异的光热转换材料，但是目前还没有研究将其应用于海水淡化。另外值得注意的是，蒸发器在复杂环境的长期稳定性是实现太阳能蒸发技术大规模实际应用的关键。蒸发器优异的抗盐、抗油污能力是决定蒸发器长期稳定蒸发的关键因素。所以说，如何解决降低成本、增加光热转换效率、提高水蒸发效率以及耐盐性能等问题，能够实现产业化应用，是困扰海水淡化及污水处理领域技术人员的一个亟待解决的难题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的不足，提供了mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器及其制备方法，以mxene沉淀物作为光热材料，充分利用了mxene的原材料，且在实际海水淡化中实现了优异的光热转换效率、蒸发速率、耐盐性和抗生物/油污/特殊环境的性能，也降低了成本。
2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是，mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器，包括一用于漂浮于海水表面上的隔热载体，在隔热载体的上表面设有由通过定向冷冻聚乙烯醇、海藻酸钠和mxene沉淀物而形成的连续垂直排列的多孔通道组成的侧面温度低于环境温度且表面具有稳定水膜层的高蒸发速率、耐盐的三维气凝胶本体，在隔热载体上阵列有孔洞，在各孔洞内设有用于与三维气凝胶本体接触的导水件。
3、上述的mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器，所述三维气凝胶本体具有多边形的孔隙，平均孔径约为10-70μm。
4、上述的mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器，所述多孔通道的通道壁厚度为0.5-2μm。
5、上述的mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器，垂直排列的通道的宽度为30-100μm。
6、上述的mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器，所述隔热载体为聚丙烯材料，所述孔洞的直径为0.5cm。
7、上述的mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器，其蒸发速率随着三维气凝胶本体暴露高度的增加而增加，暴露高度为2.5cm时，在一个太阳光下的蒸发速率高达3.6kgm-2h-1。
8、上述的mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器，1kw m-2光照下，在干燥状态下，其表面温度在210s内达到68.5℃，在湿态下，其表面温度在200s内达到26.7℃，在干燥状态下，其横、纵截面的导热系数分别为0.0404w m-1k-1和0.0445w m-1k-1，润湿状态下分别为0.1786w m-1k-1和0.1829w m-1k-1。
9、上述的mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器，所述三维气凝胶本体与太阳光入射方向的角度从30°增加到70°时，其表面温度稳定在50℃-60℃之间。
10、上述的mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器，其在蒸发时，可以达到高浓度盐溶液的平衡，并抑制盐晶体的析出。
11、上述的mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器的制备方法，包括以下步骤：
12、(1)、将1-5glif溶解于2-1000mlhcl溶液中，在室温下搅拌5-50min；
13、(2)、将1-5gti3alc2粉末缓缓加入到上述混合物溶液中，并在20-60℃下搅拌10-30h；
14、(3)、用去离子水对蚀刻液进行5-10次清洗，并进行混合溶液分离离心，使上清液的ph值达到6，离心管内壁获得了粘土状沉淀物；
15、(4)、将其分散在50-200毫升的去离子水中，经过超声处理后在1000-5000转/分下离心1-3小时,倒出的上清液即为ti3c2tx；
16、(5)、将1-10ml1wt％pva溶液与5-30ml1wt％sa溶液在室温下搅拌2-10min，将2-6g的mxene沉淀物分散到5-40ml去离子水中，然后加入到上述混合溶液中，并滴入0.2-0.8g的交联剂，混合后进行磁力搅拌1-6h，搅拌完成后进行超声脱泡；
17、(6)、将混合溶液倒入定制模具中，通过液氮定向冷冻制备出mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器。
18、本发明mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器及其制备方法的有益效果是，创新制备了一种聚乙烯醇/海藻酸钠(pva/sa)和mxene沉淀物复合的具有垂直多尺寸孔隙的三维立体气凝胶蒸发器，以棉棒作为水传输通道，聚丙烯作为蒸发器的支撑物漂浮在海面上，保证蒸发器的正常运行。以mxene沉淀物为主要基材的光热水蒸发系统，因其较强的吸水性可确保长时间的稳定蒸发。此外，由于三维气凝胶具有一定的高度，在蒸发过程中，利用气凝胶的侧面作为冷蒸发面，可通过与周围环境的温差从环境中获取能量，进一步提高蒸发器的蒸发速率和能量转换效率。该蒸发器暴露高度为2.5cm时，在一个太阳光下的蒸发速率高达3.6kg m-2h-1，室外连续7小时测试可实现18.37kg m-2的蒸发量。通过定向冷冻设计出具有各向异性垂直通道结构的太阳能蒸发器支持高速水传输并促进双向盐离子扩散，在自然光条件下连续蒸发14天，蒸发器表面也没有盐结晶析出，表现出优异的耐盐性能。另外，sa和mxene赋予的超亲水性使其表面形成了水膜层，赋予了蒸发器良好的疏油性能，即使在有油污的海水中仍然可以维持长期稳定的蒸发性能。总之，垂直通道的气凝胶蒸发器具有蒸发性能优异、多种环境长期稳定和废物资源利用等优点。
1.mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器，包括一用于漂浮于海水表面上的隔热载体，其特征在于：在隔热载体的上表面设有由通过定向冷冻聚乙烯醇、海藻酸钠和mxene沉淀物而形成的连续垂直排列的多孔通道组成的侧面温度低于环境温度且表面具有稳定水膜层的高蒸发速率、耐盐的三维气凝胶本体，在隔热载体上阵列有孔洞，在各孔洞内设有用于与三维气凝胶本体接触的导水件。
2.根据权利要求1所述的mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器，其特征是，所述三维气凝胶本体具有多边形的孔隙，平均孔径约为10-70μm。
3.根据权利要求2所述的mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器，其特征是，所述多孔通道的通道壁厚度为0.5-2μm。
4.根据权利要求3所述的mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器，其特征是，垂直排列的通道的宽度为30-100μm。
5.根据权利要求4所述的mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器，其特征是，所述隔热载体为聚丙烯材料，所述孔洞的直径为0.5cm。
6.根据权利要求5所述的mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器，其特征是，其蒸发速率随着三维气凝胶本体暴露高度的增加而增加，暴露高度为2.5cm时，在一个太阳光下的蒸发速率高达3.6kgm-2h-1。
7.根据权利要求6所述的mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器，其特征是，1kw m-2光照下，在干燥状态下，其表面温度在210s内达到68.5℃，在湿态下，其表面温度在200s内达到26.7℃，在干燥状态下，其横、纵截面的导热系数分别为0.0404wm-1k-1和0.0445w m-1k-1，润湿状态下分别为0.1786w m-1k-1和0.1829w m-1k-1。
8.根据权利要求7所述的mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器，其特征是，所述三维气凝胶本体与太阳光入射方向的角度从30°增加到70°时，其表面温度稳定在50℃-60℃之间。
9.根据权利要求7所述的mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器，其特征是，其在蒸发时，可以达到高浓度盐溶液的平衡，并抑制盐晶体的析出。
10.根据权利要求1-9任一项所述的mxene沉淀物/聚乙烯醇/海藻酸钠复合气凝胶三维立体蒸发器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
