Page 128 - 《精细化工》2023年第3期

第 40 卷第 3 期 精 细 化 工 Vol.40, No.3
20 23 年 3 月 FINE CHEMICALS Mar. 2023

功能材料
改性 PU 海绵三维多孔界面蒸发器的制备及性能

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王 兴 ，郭小静 ，王慧迪 ，张 朵 ，薛朝华
（1. 陕西科技大学 轻工科学与工程学院，陕西 西安 710021；2. 陕西科技大学 材料科学与工程学院，
陕西 西安 710021；3. 陕西科技大学 化学与化工学院，陕西 西安 710021）
摘要：采用聚乙烯醇（PVA）对商用疏水聚氨酯海绵（简称 PU 海绵）进行亲水改性，并在其上面喷涂多壁碳纳
米管/聚二甲基硅氧烷（MWCNTs/PDMS）复合分散液，获得一侧超疏水另一侧亲水的三维多孔界面蒸发器。采
用 SEM、红外热像仪及紫外-可见-近红外分光光度计对涂层表面形貌、光热响应能力及反射率和透过率进行了
测试，并对构建的三维多孔界面蒸发器的性能进行了评价。结果表明，由 MWCNTs 含量（以 PDMS 预聚物质
量分数为 0.55%的四氢呋喃溶液的质量计，下同）为 0.5%的 MWCNTs/PDMS 复合分散液喷涂亲水改性的 PU 海
绵制得的三维多孔界面蒸发器表面温度为 81 ℃，吸收率为 98.57%，具有良好的透水汽性、光热性能、蒸发性
能、拒盐性能、脱盐性能、自清洁性能。该三维多孔界面蒸发器在盐水中进行蒸发作用时，其在 1 个太阳光强
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（1.0 kW/m ）下的表面温度为 61.3 ℃，光热转换效率达 96.75%，在模拟海水（质量分数为 3.5%的 NaCl 溶液）
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蒸发过程中，蒸发速率可达 1.80 kg/(m ·h)，而 PU 海绵的蒸发速率较低，仅为 0.44 kg/(m ·h)。
关键词：多壁碳纳米管；界面蒸发；Janus 结构；光热转换；功能材料
中图分类号：P747；TK519；TQ630 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2023) 03-0584-08

Fabrication and properties of three-dimensional porous
modified PU sponge interfacial evaporator

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WANG Xing , GUO Xiaojing , WANG Huidi , ZHANG Duo , XUE Chaohua
（1. College of Bioresources Chemical and Materials Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi'an
710021, Shaanxi, China; 2. School of Materials Science & Technology, Shaanxi University of Science & Technology,
Xi'an 710021, Shaanxi, China; 3. College of Chemistry and Chemical Engineering, Shaanxi University of Science &
Technology, Xi'an 710021, Shaanxi, China）
Abstract: A 3D porous interfacial evaporator with superhydrophobic front side and hydrophilic backside
was prepared from commercially hydrophobic polyurethane sponge (PU sponge), which was modified by
hydrophilic polyvinyl-alcohol (PVA) and then sprayed by multi-wall carbon
nanotubes/polydimethylsiloxane (MWCNTs/PDMS) composite dispersion. The surface morphology,
photothermal response, reflectance and transmittance of the coating were then analyzed by SEM, infrared
thermal camera and UV-Visible-near-infrared spectrophotometer, followed by evaluation on the
performance of the three-dimensional porous interfacial evaporator constructed. The results showed that,
the 3D porous interfacial evaporator obtained with a MWCNTs content (based on the mass of PDMS
prepolymer with 0.55% mass fraction tetrahydrofuran solution, the same below) of 0.5% in the
MWCNTs/PDMS composite dispersion, exhibited a surface temperature of 81 ℃ and an absorption rate of
98.57%, as well as good water permeability, photothermal performance, evaporation performance, salt
rejection performance, desalting performance and self-cleaning performance. Under one sun illumination
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(1.0 kW/m ), the surface temperature of the 3D porous interfacial evaporator was 61.3 ℃, and the
photothermal conversion efficiency was 96.75%. In the simulation of seawater (mass fraction of 3.5% NaCl

收稿日期：2022-07-12; 定用日期：2022-09-05; DOI: 10.13550/j.jxhg.20220651
基金项目：国家自然科学基金（52103263）；中国博士后科学基金（2020M683410）；陕西省重点研发计划（2020ZDLGY13-11）；陕西
省自然科学基金（2020JM-506）
作者简介：王 兴（1996—），女，硕士生，E-mail：2385234119@qq.com。联系人：郭小静（1989—），女，讲师，E-mail：
guoxiaojing2015@126.com；薛朝华（1974—），男，教授，E-mail：xuech@sust.edu.cn。