Page 131 - 《精细化工》2023年第3期

第 3 期 王 兴，等: 改性 PU 海绵三维多孔界面蒸发器的制备及性能 ·587·

的逃逸提供条件。从图 2b 可以看出，亲水改性的 图（图 2d）表明，C、N、O、Si 均匀分布在亲水改
PU 海绵的微观结构变化不大。从图 2c 可见，喷涂 性的 PU 海绵表面。
的 MWCNTs/PDMS 复合分散液包裹在 PU 海绵框架 2.2 三维多孔界面蒸发器的透水汽性分析
周围，三维多孔界面蒸发器仍保持多孔结构，这对 PU 海绵和三维多孔界面蒸发器的透水汽性测
于在海水淡化过程中水蒸气的逃逸非常有益。三维 试照片见图 3。图 3a 和 b 分别为将 PU 海绵和三维
多孔界面蒸发器表面的能量色散 X 射线光谱（EDS） 多孔界面蒸发器放在盛有 80 ℃水的烧杯上。

图 2 PU 海绵（a）、亲水改性的 PU 海绵（b）及三维多孔界面蒸发器（c）的 SEM 图；三维多孔界面蒸发器黑色面的
EDS 图（d）
Fig. 2 SEM image of PU sponge (a), PU sponge after hydrophilic modification (b) and 3D porous interfacial evaporator (c);
EDS spectra of the black side of 3D porous interface evaporator (d)

蒸发器表面温度在前 3 min 内迅速上升，在 5 min
内达到热平衡，最终表面温度稳定在 69 ℃左右。
随着 MWCNTs 含量的逐渐增大，三维多孔界面蒸发
器的表面温度呈先增大后减小的趋势。当 MWCNTs
含量为 0.7%时，三维多孔界面蒸发器表面温度最
大，但此时 MWCNTs 出现脱落，说明一定含量的

图 3 PU 海绵（a）和三维多孔界面蒸发器（b）的透水 MWCNTs 可以提高三维多孔界面蒸发器的光热转
汽性测试照片 换效率。当 MWCNTs 含量为 0.9%时，三维多孔界面
Fig. 3 Water vapor permeability test images of PU sponge 蒸发器表面温度为 76 ℃，可能因为此时 MWCNTs/
(a) and 3D porous interfacial evaporator (b)
PDMS 分散液中 MWCNTs 含量较大，作为黏合剂的
从图 3 可以看出，烧杯正上方都有水蒸气通过 PDMS 不能牢固地将 MWCNTs 黏附在 PU 海绵框架
蒸发器逃逸出来。通过称量烧杯内剩余水量，发现放 上，使 MWCNTs 容易脱落导致温度降低。从图 4c
置三维多孔界面蒸发器的烧杯中的水在 10 min 内损 可以看出，当 MWCNTs 含量为 0.5%时，制备的三维
失 2.52 g，而放置 PU 海绵的烧杯中水的损失为 2.41 g。 多孔界面蒸发器的反射率<1.0%，透过率<1.5%，其
这说明三维多孔界面蒸发器具有良好的透水汽性。 表面温度为 81 ℃，吸收率为 98.57%。所以，后续
2.3 三维多孔界面蒸发器的光热性能分析 以该三维多孔界面蒸发器为实验研究对象。
三维多孔界面蒸发器的实物图见图 4a。其中，
黑色面为 MWCNTs 光热转换层。MWCNTs 作为一
种已知的超黑材料，在整个太阳光谱波长范围中都
具有极高的吸光度。MWCNTs 含量分别为 0.1%、
0.3%、0.5%、0.7%、0.9%时制得的三维多孔界面蒸
发器的表面温度变化曲线见图 4b。
从图 4b 可以看出，PU 海绵的表面最高温度为
49 ℃，而 MWCNTs 含量为 0.1%时，三维多孔界面