DOI：10.1016/j.solener.2019.11.078

淡水是人类生存的重要资源，淡水资源的减少和日益增长的用水需求引起了人们对海水淡化和水资源循环利用的兴趣。为了满足水循环利用的能源需求，太阳能已被用作化石燃料的替代品。高效的光热转换材料和蒸发模块是此类系统必不可少的。在本研究中，我们合成了一种新型的负载中华墨纳米粒子的聚乳酸（PLA）纤维膜双层界面蒸发模块。采用亲水性增强的微米级电纺层作为水传输层，负载中华墨纳米粒子的纳米级纤维电纺层溶液作为蒸发界面。利用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）确定了中华墨纳米粒子在聚乳酸纳米纤维中的理想分散性。使用设计的蒸发模块进行的实验表明，含2 wt％的中华墨纳米粒子的双层膜在模拟太阳光下，当光照强度为1太阳（1太阳= 1 kW/m²）时，蒸发率为1.29 kg cm^-2h^-1，效率为81.0％，这明显高于纯水和不含中华墨纳米粒子的常规膜。研制的纤维膜在耐久性试验过程中，即使在相同操作条件下循环20次，仍能保持其增强特性。所设计的蒸发模块是一种很有前途的废水转化为清洁水的新方法。

图1.三层结构示意图。首先，通过毛细作用将水从水传输层突出的条带提供给膜。其次，中华墨纳米粒子将太阳辐射转化为热能。最后，蒸发表面出现局部高温并产生水蒸气。

图2.双层纤维膜和制备设备的示意图。

图3.（a）中华墨纳米粒子的透射电子显微镜（TEM）图像。（b）0.05％（重量）的中华墨纳米流体的吸收光谱和透射光谱。

图4.中华墨的EDS光谱。

图5.（a）熔体静电纺纯PLA的SEM图像。溶液电纺含0 wt％（b）、0.6 wt％（c）、1 wt％（d）和2 wt％（e）中华墨纳米粒子的中华墨/ PLA纤维膜。（f）纤维的局部放大图。

图6.中华墨/ PLA纤维膜的光学性能。（a）在300-2500 nm波长范围内，不同浓度的中华墨纳米粒子对中华墨/ PLA纤维膜的吸收和（b）反射。

图7.熔体静电纺纯PLA纤维膜和溶液电纺含0、0.6、1和2 wt％中华墨纳米粒子的中华墨/PLA纤维膜的水接触角。

图8.亲水改性后的纤维膜成分的FTIR光谱。

图9.含0 wt％、0.6 wt％、1 wt％和2 wt％中华墨纳米粒子的双层纤维膜的平均温度变化曲线。

图10.用于产生蒸汽的实验装置的示意图。

图11.分别含0％、0.6％、1％和2％中华墨纳米粒子和纯水的中华墨/PLA纤维膜在1 kw/m^-2模拟太阳光下照射60 min的红外热像图。

图12.含0 wt％、0.6 wt％、1 wt％和2 wt％的中华墨纳米粒子和不含纤维膜的纯水的中华墨/PLA纤维膜在日光照射下的蒸发重量损失与辐射时间的关系。

图13.在十个循环的模拟阳光照射60分钟下的（a）水蒸发速率，（b）蒸发效率和（c）水分损失，显示了包含1 wt％纳米粒子的双层纤维膜的稳定性。