一种自修复亲水多孔光热膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及光热水蒸发材料
技术领域
，尤其涉及一种自修复亲水多孔光热膜及其制备方法和应用。背景技术
淡水仅占地球水资源总量的3％，对人类生存和社会发展至关重要。然而，随着人口的增长和环境污染，淡水短缺已经成为一个关键的全球问题。因此，开发有效的海水或污水淡化技术势在必行。在所有的水处理技术中，太阳能驱动的水蒸发技术由于太阳能的绿色环保和可再生特性而引起了广泛的研究关注。近年来，为了有效提高水的蒸发效率，研究者已经设计出通过将收集的热量固定在水-空气界面，使大部分热量用于液-气相变，降低热损耗，从而开发出了太阳能驱动的界面水蒸发技术。一般来说，大多数报道的太阳能驱动界面蒸发器由三部分组成：1)具有宽带光吸收和高光热转换能力的光热层，2)具有低导热率的漂浮支撑层，3)在支撑层外侧或中间具有连续的亲水通道用于提供蒸发过程所需的水。近年来，虽然已经开发了许多高效的太阳能驱动的界面蒸发器，但在实际应用中，光热层或水通道可能会被划伤或腐蚀，从而降低水蒸发效率。因此，开发具有稳定蒸发效率的太阳能驱动的界面蒸发器是满足实际应用需求的关键，特别是开发出能够在损坏后实现其光热水蒸发性能恢复的太阳能驱动的界面蒸发器。
随着超分子化学和合成化学的发展，已经成功合成了各种自修复聚合物，它们能够自行修复损伤，恢复力学和化学性能，但是目前用于太阳能驱动水蒸发的自修复光热膜只能修复化学损伤，且水分蒸发速率并不理想(<1.31kg·m-2·h-1)。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自修复亲水多孔光热膜及其制备方法和应用。本发明制得了自修复亲水多孔光热膜，且水分蒸发速率高。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种自修复亲水多孔光热膜的制备方法，包括以下步骤：
将聚乙二醇、聚四氢呋喃和二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯混合进行聚合反应，得到PU亲水聚合物；
将所述PU亲水聚合物与有机溶剂混合，得到PU亲水聚合物溶液；
将碳基光热材料和盐模板试剂混合，得到混合料；
将所述PU亲水聚合物溶液和混合料混合后依次进行固化、除去有机溶剂、水洗和干燥，得到所述自修复亲水多孔光热膜。
优选地，所述聚乙二醇的摩尔量占聚乙二醇和聚四氢呋喃摩尔总量的百分数为0～50％，且所述聚乙二醇的摩尔量不为0。
优选地，所述碳基光热材料包括炭黑、碳纳米管、石墨烯和多孔碳中的一种或多种。
优选地，所述碳基光热材料与PU亲水聚合物的质量比为0.3～0.7:1。
优选地，所述盐模板试剂包括NaCl、KCl和MgCl2中的一种或多种。
优选地，所述盐模板试剂与PU亲水聚合物的质量比为3～7:1。
优选地，所述水洗为浸泡于水浴中，每6h更换一次水，所述水洗的时间为48h。
优选地，所述聚合反应的温度为60～80℃，时间为48～72h。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得的自修复亲水多孔光热膜。
本发明还提供了上述技术方案所述的自修复亲水多孔光热膜在光热水蒸发领域中的应用。
本发明提供了一种自修复亲水多孔光热膜的制备方法，包括以下步骤：将聚乙二醇、聚四氢呋喃和二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯混合进行聚合反应，得到PU亲水聚合物；将所述PU亲水聚合物与有机溶剂混合，得到PU亲水聚合物溶液；将碳基光热材料和盐模板试剂混合，得到混合料；将所述PU亲水聚合物溶液和混合料混合后依次进行固化、除去有机溶剂、水洗和干燥，得到所述自修复亲水多孔光热膜。
本发明通过聚氨酯的逐步聚合反应得到亲水的室温自修复PU聚合物(PUx)，并将自修复亲水性聚合物与碳基光热材料和盐模板试剂混合固化，利用模板造孔法制备出亲水的自修复多孔光热膜(SHPP膜，PUx/碳基光热材料m/盐模板试剂n)，通过调节自修复PU聚合物的亲水性和原料的质量比，可以控制SHPP膜的含水量和水传输能力，从而显著影响水分蒸发性能。且自修复PU聚合物通过断裂表面间氢键的重组使断裂的SHPP膜重新连接在一起，导致结构完整性的恢复。SHPP薄膜可以同时作为光热层和水传输通道，通过将SHPP薄膜与聚乙烯(PE)泡沫组装在一起，可以很容易地制作出高效的太阳能驱动界面蒸发器，将蒸发器悬浮在水面上，湖水和海水的蒸发速率分别达到1.67kg·m-2·h-1和1.61kg·m-2·h-1。当SHPP膜被切断后，由于蒸发器失去水传输能力使其光热水蒸发能力损失，当SHPP膜在室温下能够修复后，又可以完全恢复蒸发器的水蒸发性能。此外，SHPP膜能够在同一位置处进行多次的切痕损伤修复，并且不损失其光热水蒸发性能。得益于SHPP膜具有价格低廉，结构简单，性能优异和使用寿命长等特点，使得SHPP膜蒸发器组成的蒸馏装置在污水净化和海水淡化中的具有广泛的应用前景。
且本发明提供的制备方法简单可靠，通过一锅逐步聚合得到PU自修复亲水聚合物，无需除杂等后处理，最后通过共混并去除盐模板试剂，即可得到自修复多孔光热膜。
且本发明提供的制备方法成本低廉：聚乙二醇(PEG)在化妆品、制药、化纤、橡胶、塑料、造纸、油漆、电镀、农药、金属加工及食品加工等行业中均有着极为广泛的应用；聚四氢呋喃(PTMG)可用作轮胎、传动带、垫圈等；也可用于涂料、人造革、薄膜等，PEG和PTMG是常见的工业原料。其次碳基光热材料原材料来源广，且制备过程简单。除此之外，制备过程以及其表征均不需精密，复杂，昂贵的仪器设备。
进一步的，本发明的制备方法高效：首先，通过调节PEG的摩尔比制备出不同亲水性的PUx，从而制备出具有不同含水量和不同水传输速率的PUx/碳基光热材料m/盐模板试剂n室温自修复多孔光热膜；其次通过改变碳基光热材料的含量实现PUx/碳基光热材料m/盐模板试剂n多孔光热膜孔结构的稳定并实现高效的光吸收能力和光热转换能力，通过改变盐模板试剂的含量进一步调节PUx/碳基光热材料m/盐模板试剂n多孔光热膜的含水量和水传输速度，以及通过多孔结构降低光的反射进一步增加光吸收能力。通过优化PUx/碳基光热材料m/盐模板试剂n多孔光热膜的含水量和水传输速度以及利用隔热的聚乙烯/聚苯乙烯泡沫作为漂浮的支撑层，可以最大化光热利用能力，有效降低热散失，从而使水传输速率与蒸发速率相近，使得太阳能驱动的界面水蒸发性能达到一个最佳的蒸发速率，实现高效的光热界面水蒸发。
进一步的，本发明的制得的自修复亲水多孔光热膜稳定性好：由于PUx聚合物中含有疏水的PTMG，在聚合物中形成疏水的相区以及聚合物内部的大量氢键，使PUx/碳基光热材料m/盐模板试剂n室温自修复多孔光热膜在水下依然能够保持结构稳定，其次碳基光热材料的应用进一步提高了PUx/碳基光热材料m/盐模板试剂n室温自修复多孔光热膜的机械稳定性，PUx/碳基光热材料m/盐模板试剂n室温自修复多孔光热膜在酸性(1wt％CH3COOH)，碱性(1wt％Na2CO3)，盐溶液(3.5％NaCl)的环境下连续放置10天之后均能保持其结构的完整，即使是在工作环境下(50℃热水)连续放置10天之后，依然可以保持其多孔结构的完整性。
进一步的，本发明的制得的自修复亲水多孔光热膜具有自修复功能：由于PEG和PTMG分子链具有低的玻璃化转变温度，以及合成的PUx聚合物内部具有大量的氢键相互作用力，使得PUx聚合物具有优异的室温自修复性能；室温自修复的PUx聚合物赋予制备的PUx/碳基光热材料m/盐模板试剂n多孔光热膜具有优异的室温自修复能力，因此，当PUx/碳基光热材料m/盐模板试剂n多孔光热膜在实际使用过程中发生断裂时，可以自发的修复其受损的结构和水通道，从而恢复其完整的结构和光热水蒸发性能，即使在多次的物理损伤修复之后依然可以恢复其高效的光热水蒸发性能，有效的延长以使用寿命，提高其使用稳定性。
附图说明
图1为实施例1中PU20/CB0.5/NaCl5孔光热膜的结构表征谱图以及应用的实物图，其中(a)为PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的SEM断面照片，(b)为PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜界面水蒸发装置的光学照片，(c)为PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜界面水收集装置的光学照片，(d)为PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜界面水收集装置的断面示意图；
图2为实施例1中制得的自修复亲水多孔光热膜的水含量和蒸发速率变化曲线，其中(a)为PUx/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的水含量和蒸发速率随PEG摩尔百分比的变化，(b)为PU20/CB0.5/NaCln多孔光热膜的水含量和蒸发速率随NaCl质量比的变化，(c)为PU20/CBm/NaCl5多孔光热膜的水含量和蒸发速率随CB质量比的变化；
图3为PU20/CB0.7/NaCl5多孔光热膜的断面SEM图像；
图4为PU20/CB0.5/NaCl7多孔光热膜的断面SEM图像；
图5为PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的光热水蒸发性能测试曲线，其中(a)为在有没有PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜时，在一个太阳光照下水质量随光照时间的变化，(b)为利用PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜进行模拟海水和湖水蒸发时，水质量随光照时间的变化，(c)为PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的原始样品，切痕损伤以及修复后的样品，在一个太阳光照下水质量随光照时间的变化，(d)为PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜在同一位置进行多次切痕修复后的光热水蒸发速率和拉伸应力修复效率曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种自修复亲水多孔光热膜制备方法，包括以下步骤；
将聚乙二醇、聚四氢呋喃和二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯混合进行聚合反应，得到PU亲水聚合物；
将所述PU亲水聚合物与有机溶剂混合，得到PU亲水聚合物溶液；
将碳基光热材料和盐模板试剂混合，得到混合料；
将所述PU亲水聚合物溶液和混合料混合后依次进行固化、除去有机溶剂、水洗和干燥，得到所述自修复亲水多孔光热膜。
在本发明中，若无特殊说明，使用的原料均为本领域市售商品。
本发明将聚乙二醇、聚四氢呋喃和二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯混合进行聚合反应，得到PU亲水聚合物。
在本发明中，所述聚乙二醇的摩尔量占聚乙二醇和聚四氢呋喃摩尔总量的百分数优选为0～50％，更优选为10％、20％、30％、40％和50％。
在本发明中，所述聚乙二醇与二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(DMDI)的摩尔比优选为0～5:12，更优选为5/12、4/12、3/12、2/12或1/12。
在本发明中，所述聚乙二醇的Mw优选为500～2000，更优选为1000。
在本发明中，所述聚四氢呋喃的Mw优选为500～2000，更优选为1000。
在本发明中，所述聚合反应优选在催化剂条件下进行，所述催化剂优选为二月桂酸二丁基锡(DBTDL)。本发明对所述催化剂的用量没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方案即可。
在本发明中，所述聚合反应优选在有机溶剂中进行，所述有机溶剂优选为四氢呋喃(THF)，本发明对所述有机溶剂的用量没有特殊的限定，能够保证原料混合均匀即可。
在本发明中，所述聚合反应的温度优选为60～80℃，时间优选为48～72h。
在本发明的具体实施例中，优选将所述PEG和PTMG分别加入拥有机械搅拌、氮气入口、冷凝回流的三口圆底烧瓶中。在100℃下真空搅拌2小时后，系统冷却到60℃，并充满氮气，随后在三口圆底瓶中加入THF、DMDI和DBTDL，氮气保护并搅拌进行所述聚合反应。
聚合反应完成后，本发明优选将所得聚合反应产物用无水乙醇透析膜进行透析纯化，然后干燥，得到所述PU亲水聚合物(PUx，x是指PEG的摩尔比占PEG和PTMG单体摩尔总量的百分数，分别计作PU0，PU10，PU20，PU30，PU40，PU50。
在本发明中，所述无水乙醇透析膜的截留分子量优选为8000～14000Da。
在本发明中，所述干燥优选为自然蒸发。
得到PU亲水聚合物后，本发明将所述PU亲水聚合物与有机溶剂混合，得到PU亲水聚合物溶液。
在本发明中，所述有机溶剂优选为四氢呋喃(THF)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)。本发明对所述有机溶剂的用量没有特殊的限定，能够使PU亲水聚合物完全混合即可。
本发明将碳基光热材料和盐模板试剂混合，得到混合料。
在本发明中，所述碳基光热材料优选包括炭黑(CB)、碳纳米管、石墨烯和多孔碳中的一种或多种。
在本发明中，所述碳基光热材料与PU亲水聚合物的质量比优选为0.3～0.7:1，更优选为0.5～0.6:1。
在本发明中，所述盐模板试剂优选包括NaCl、KCl和MgCl2中的一种或多种。
在本发明中，所述混合优选为球磨，所述球磨的时间优选为30min。
得到PU亲水聚合物溶液和混合料后，本发明将所述PU亲水聚合物溶液和混合料混合后依次进行固化、除去有机溶剂、水洗和干燥，得到所述自修复亲水多孔光热膜。
本发明优选将所述混合料加入所述PU亲水聚合物溶液中。
在本发明中，所述盐模板试剂与PU亲水聚合物的质量比优选为3～7:1，更优选为5～6:1。
在本发明中，所述固化优选在四氟模具中进行。
在本发明中，所述水洗优选为浸泡于水浴中，优选每6h更换一次水，所述水洗的时间优选为48h。在本发明中，所述水洗后得到碳基光热材料和盐模板试剂混合物的三维互连的多孔结构，制备所得的多孔膜内不含有盐模板试剂。
在本发明中，所述干燥优选为依次用滤纸移除水后在室温下自然干燥。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得的自修复亲水多孔光热膜。
本发明还提供了上述技术方案所述的自修复亲水多孔光热膜在光热水蒸发领域中的应用。
在本发明中，所述应用优选为将所述自修复亲水多孔光热膜搭载在支撑层上，构建高效的光热水蒸发装置。
在本发明中，所述支撑层的材质优选为聚乙烯或聚苯乙烯泡沫。
在本发明中，所述应用优选为利用所述自修复亲水多孔光热膜制备光热水收集装置。
在本发明中，所述光热水收集装置优选由一个透明的金字塔形状的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)盒子，一个直径为140mm装有200mL水的培养皿，以及所述自修复亲水多孔光热膜，在太阳光照射下，水分蒸发凝结在PMMA保护层上，在重力的作用下，凝结水到达容器底部，然后被收集起来。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的自修复亲水多孔光热膜及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
原料种类、来源
聚乙二醇(PEG,Mw＝1000)购买于Sigma-Aldrich。聚四氢呋喃二醇(PTMG,Mw＝1000)购买于阿拉丁。二环己基甲烷4,4-二异氰酸酯(DMDI，纯度>90％)购自TCI。催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL，纯度>97.5％)购买于J&K公司。超干四氢呋喃(THF)购自伊诺凯公司。炭黑(CB)购买于阿尔法公司。
PUx聚合物的合成
以聚乙二醇、聚四氢呋喃二醇和二环己基甲烷4,4-二异氰酸酯为原料，采用逐步聚合法制备了一系列不同PEG和PTMG摩尔比的PUx。以PU50为例，将PEG(5.00g,5mmol)和PTMG(5.00g,5mmol)分别加入拥有机械搅拌、氮气入口、冷凝回流的250mL三口圆底烧瓶中。在100℃下真空搅拌2小时后，系统冷却到60℃，并充满氮气。随后在三口圆底瓶中加入THF(100mL)、DMDI(3.15g,12mmol)和DBTDL(0.05g,0.08mmol)。60℃下，氮气保护并搅拌反应48h。随后，用无水乙醇透析膜(MWCO,8000-14000Da)对反应溶液进行透析纯化。最后，乙醇蒸发后得到PU50。按照上述方法分别合成PU0、PU10、PU20、PU30、PU40。
PUx/CBm/NaCln多孔光热膜的制备
采用球磨机混合不同质量比的炭黑和氯化钠。将CB和NaCl共混物加入到15mL PUx聚合物的THF溶液中(PUx的浓度取决于PUx/CBm/NaCln的组成，m，n分别指的是CB和NaCl相对于PUx聚合物的质量比)，并进行机械搅拌，使其混合均匀。然后将混合溶液倒入四氟乙烯模具中，在室温下固化。在完全去除THF后，将固化后的复合块表面用砂纸摩擦，然后浸泡在水浴中，每隔6h更换一次，持续水洗2天，以完全去除NaCl，制备出PUx/CBm/NaCln多孔膜，随后用滤纸吸出PUx/CBm/NaCln多孔膜内的水，并在室温下干燥，制备出PU0/CB0.5/NaCl5，PU10/CB0.5/NaCl5，PU20/CB0.5/NaCl5，PU30/CB0.5/NaCl5，PU40/CB0.5/NaCl5，PU50/CB0.5/NaCl5，PU20/CB0.3/NaCl5，PU20/CB0.5/NaCl3，PU20/CB0.5/NaCl7，PU20/CB0.7/NaCl5多孔光热膜。
通过PUx聚合物中PEG的摩尔百分数制备出PU0/CB0.5/NaCl5，PU10/CB0.5/NaCl5，PU20/CB0.5/NaCl5，PU30/CB0.5/NaCl5，PU40/CB0.5/NaCl5，PU50/CB0.5/NaCl5多孔光热膜，研究了PEG摩尔百分含量变化对光热水蒸发速率的影响；其次，通过调节CB的质量比，制备出PU20/CB0.3/NaCl5，PU20/CB0.5/NaCl5，PU20/CB0.7/NaCl5多孔光热膜并研究其光热水蒸发性能的变化；最后通过调节NaCl的质量比，制备出PU20/CB0.5/NaCl3，PU20/CB0.5/NaCl5，PU20/CB0.5/NaCl7多孔光热膜并研究其光热水蒸发性能的变化。
PUx/CBm/NaCln多孔光热膜水蒸发装置和水收集装置的制备
利用PUx/CBm/NaCln多孔光热膜和聚苯乙烯泡沫作为漂浮的支撑层，搭建高效的光热水蒸发装置和水收集装置。光热水蒸发装置是由一块PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜(11厘米×11厘米)和一块聚苯乙烯泡沫(Φ＝135毫米)组成；光热水收集装置是由一个透明的金字塔形状的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)盒子，一个直径为140mm装有200mL水的培养皿，以及PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜基水蒸发蒸发装置组成蒸馏设备。在一个太阳光照射下，水分蒸发凝结在PMMA保护层上。在重力的作用下，凝结水到达容器底部，然后被收集起来。
图1为PU20/CB0.5/NaCl5孔光热膜的结构表征谱图以及应用的实物图，其中(a)为PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的SEM断面照片，(b)为PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜界面水蒸发装置的光学照片，(c)为PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜界面水收集装置的光学照片，(d)为PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜界面水收集装置的断面示意图。
图2为实施例1中制得的自修复亲水多孔光热膜的水含量和蒸发速率变化曲线，其中(a)为PUx/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的水含量和蒸发速率随PEG摩尔百分比的变化，(b)为PU20/CB0.5/NaCln多孔光热膜的水含量和蒸发速率随NaCl质量比的变化，(c)为PU20/CBm/NaCl5多孔光热膜的水含量和蒸发速率随CB质量比的变化，可知，随PEG含量变化，PUx/CBm/NaCln多孔光热膜的含水量范围为1.8～2.5g·g-1，随NaCl含量变化，PUx/CBm/NaCln多孔光热膜的含水量范围为1.2～2.8g·g-1，随CB含量变化，PUx/CBm/NaCln多孔光热膜的含水量范围为0.95～2.05g·g-1，随PEG含量变化，PUx/CBm/NaCln多孔光热膜的水传输速率范围为85.2～541kg·m-2·h-1，随NaCl含量变化，PUx/CBm/NaCln多孔光热膜的水传输速率范围为16.2～426kg·m-2·h-1，随CB含量变化，PUx/CBm/NaCln多孔光热膜的水传输速率范围为48～378kg·m-2·h-1；PU20/CB0.5/NaCl5自修复多孔光热膜具有最高的水蒸发速率和效率。
对实施例1中制得的自修复亲水多孔光热膜的孔隙率和孔径进行测试，结果如下：随PEG含量变化，PUx/CBm/NaCln多孔光热膜的孔隙率基本不变；随NaCl含量变化，PUx/CBm/NaCln多孔光热膜的孔隙率范围为54％～68％；随CB含量变化，PUx/CBm/NaCln多孔光热膜的孔隙率范围为38％～59.8％；随PEG含量变化，PUx/CBm/NaCln多孔光热膜的孔径基本不变随NaCl含量变化，PUx/CBm/NaCln多孔光热膜的孔径从7.2～59.9μm增加到孔径为4.8～270.7μm，随CB含量变化，PUx/CBm/NaCln多孔光热膜的孔径从6.5～32.4μm增加到9.7～109.8μm。
具体PUx/CBm/NaCln多孔光热膜的合成步骤如下：
1)PU0聚合物的合成：
将PEG(0.00g,0mmol)和PTMG(10.00g,10mmol)分别加入拥有机械搅拌、氮气入口、冷凝回流的250mL三口圆底烧瓶中。在100℃下真空搅拌2小时后，系统冷却到60℃，并充满氮气。随后在三口圆底瓶中加入THF(100mL)、DMDI(3.15g,12mmol)和DBTDL(0.05g,0.08mmol)。60℃下，氮气保护并搅拌反应48h。随后，用无水乙醇透析膜(MWCO,8000～14000Da)对反应溶液进行透析纯化。最后，乙醇蒸发后得到PU0。
PU0/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的制备：
采用球磨机将2.50g的CB和25.00g的NaCl混合球磨30min。然后，将上述CB和NaCl共混物加入到溶解有5.00g PU0聚合物的15mL THF溶液中，并进行机械搅拌，使其混合均匀。然后将混合溶液倒入四氟乙烯模具中，在室温下固化。在完全去除THF后，将固化后的复合块表面用砂纸摩擦，然后浸泡在水浴中，每隔6h更换一次，持续水洗2天，以完全去除NaCl，制备出PU0/CB0.5/NaCl5多孔膜，随后用滤纸吸出PU0/CB0.5/NaCl5多孔膜内的水，并在室温下干燥。
PU0/CB0.5/NaCl5多孔光热膜水蒸发装置的制备
利用PU0/CB0.5/NaCl5多孔光热膜和隔热聚乙烯作为漂浮的支撑层，搭建高效的光热水蒸发装置和水收集装置，并漂浮在拥有200mL水的方形杯子中。在一个太阳光照射下，连续测量杯子体系的质量随光照时间的变化。
PU0/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的光热水蒸发性能
PU0/CB0.5/NaCl5多孔光热膜内没有PEG，使PU0/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的水含量和水传输能力变差，因此，PU0/CB0.5/NaCl5的光热水蒸发速率明显受限，在一个太阳光照下的蒸发速率仅仅为1.45kg·m-2·h-1。此外，由于随PEG含量减少，PTMG含量增加时，聚合物的杨氏模量增大，导致其修复性能降低，聚合物PU0在室温下放置48h之后，其修复效率仅有10.2％，严重限制了PU0/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的修复，并降低其使用寿命。
2)PU50聚合物的合成：
将PEG(5.00g,5mmol)和PTMG(5.00g,5mmol)分别加入拥有机械搅拌、氮气入口、冷凝回流的250mL三口圆底烧瓶中。在100℃下真空搅拌2小时后，系统冷却到60℃，并充满氮气。随后在三口圆底瓶中加入THF(100mL)、DMDI(3.15g,12mmol)和DBTDL(0.05g,0.08mmol)。60℃下，氮气保护并搅拌反应48h。随后，用无水乙醇透析膜(MWCO,8000～14000Da)对反应溶液进行透析纯化。最后，乙醇蒸发后得到PU50。
PU50/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的制备：
采用球磨机将2.50g的CB和25.00g的NaCl混合球磨30min。然后，将上述CB和NaCl共混物加入到溶解有5.00g PU50聚合物的15mL THF溶液中，并进行机械搅拌，使其混合均匀。然后将混合溶液倒入四氟乙烯模具中，在室温下固化。在完全去除THF后，将固化后的复合块表面用砂纸摩擦，然后浸泡在水浴中，每隔6h更换一次，持续水洗2天，以完全去除NaCl，制备出PU50/CB0.5/NaCl5多孔膜，随后用滤纸吸出PU50/CB0.5/NaCl5多孔膜内的水，并在室温下干燥。
PU50/CB0.5/NaCl5多孔光热膜水蒸发装置的制备
利用PU50/CB0.5/NaCl5多孔光热膜和隔热聚乙烯泡沫作为漂浮的支撑层，搭建高效的光热水蒸发装置和水收集装置，并漂浮在拥有200mL水的方形杯子中。在一个太阳光照射下，连续测量杯子体系的质量随光照时间的变化。
PU50/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的光热水蒸发性能
一方面，PU50/CB0.5/NaCl5多孔光热膜内PEG的含量多，使PU50/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的水含量增多，导致热损失增加，另一方面，因其PEG含量多导致PU50/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的溶胀度增加，从而使孔结构的水传输能力受限，因此，PU50/CB0.5/NaCl5的光热水蒸发速率明显受限，在一个太阳光照下的蒸发速率仅仅为1.58kg·m-2·h-1。
3)PU20聚合物的合成：
将PEG(2.00g,2mmol)和PTMG(8.00g,8mmol)分别加入拥有机械搅拌、氮气入口、冷凝回流的250mL三口圆底烧瓶中。在100℃下真空搅拌2小时后，系统冷却到60℃，并充满氮气。随后在三口圆底瓶中加入THF(100mL)、DMDI(3.15g,12mmol)和DBTDL(0.05g,0.08mmol)。60℃下，氮气保护并搅拌反应48h。随后，用无水乙醇透析膜(MWCO,8000～14000Da)对反应溶液进行透析纯化。最后，乙醇蒸发后得到PU20。
PU20/CB0.7/NaCl5多孔光热膜的制备：
采用球磨机将3.50g的CB和25.00g的NaCl混合球磨30min。然后，将上述CB和NaCl共混物加入到溶解有5.00g PU20聚合物的15mL THF溶液中，并进行机械搅拌，使其混合均匀。然后将混合溶液倒入四氟乙烯模具中，在室温下固化。在完全去除THF后，将固化后的复合块表面用砂纸摩擦，然后浸泡在水浴中，每隔6h更换一次，持续水洗2天，以完全去除NaCl，制备出PU20/CB0.7/NaCl5多孔膜，随后用滤纸吸出PU20/CB0.7/NaCl5多孔膜内的水，并在室温下干燥。
PU20/CB0.7/NaCl5多孔光热膜水蒸发装置的制备
利用PU20/CB0.7/NaCl5多孔光热膜和隔热聚乙烯泡沫作为漂浮的支撑层，搭建高效的光热水蒸发装置和水收集装置，并漂浮在拥有200mL水的方形杯子中。在一个太阳光照射下，连续测量杯子体系的质量随光照时间的变化。
PU20/CB0.7/NaCl5多孔光热膜的光热水蒸发性能
PU20/CB0.7/NaCl5多孔光热膜内CB的含量多，使PU20/CB0.7/NaCl5多孔光热膜的PU20含量相对减少，导致其多孔膜内含水量有所减少，因此，PU20/CB0.7/NaCl5的光热水蒸发速率受到影响，在一个太阳光照下的蒸发速率下降为1.67kg·m-2·h-1。
图3为PU20/CB0.7/NaCl5多孔光热膜的断面SEM图像。
4)PU20聚合物的合成：
将PEG(2.00g,2mmol)和PTMG(8.00g,8mmol)分别加入拥有机械搅拌、氮气入口、冷凝回流的250mL三口圆底烧瓶中。在100℃下真空搅拌2小时后，系统冷却到60℃，并充满氮气。随后在三口圆底瓶中加入THF(100mL)、DMDI(3.15g,12mmol)和DBTDL(0.05g,0.08mmol)。60℃下，氮气保护并搅拌反应48h。随后，用无水乙醇透析膜(MWCO,8000-14000Da)对反应溶液进行透析纯化。最后，乙醇蒸发后得到PU20。
PU20/CB0.5/NaCl7多孔光热膜的制备：
采用球磨机将2.50g的CB和35.00g的NaCl混合球磨30min。然后，将上述CB和NaCl共混物加入到溶解有5.00g PU20聚合物的15mL THF溶液中，并进行机械搅拌，使其混合均匀。然后将混合溶液倒入四氟乙烯模具中，在室温下固化。在完全去除THF后，将固化后的复合块表面用砂纸摩擦，然后浸泡在水浴中，每隔6h更换一次，持续水洗2天，以完全去除NaCl，制备出PU20/CB0.5/NaCl7多孔膜，随后用滤纸吸出PU20/CB0.5/NaCl7多孔膜内的水，并在室温下干燥。
PU20/CB0.5/NaCl7多孔光热膜水蒸发装置的制备
利用PU20/CB0.5/NaCl7多孔光热膜和隔热聚乙烯/聚苯乙烯泡沫作为漂浮的支撑层，搭建高效的光热水蒸发装置和水收集装置，并漂浮在拥有200mL水的方形杯子中。在一个太阳光照射下，连续测量杯子体系的质量随光照时间的变化。
PU20/CB0.5/NaCl7多孔光热膜的光热水蒸发性能
PU20/CB0.5/NaCl7多孔光热膜内在制备过程中加入大量的NaCl，使其内部多孔结构增加，从而导致其含水量增加，导致热损失增加，另一方面孔结构的增加，也导致其水传输能力的增大，从而导致热向体相水的转移，因此，PU20/CB0.5/NaCl7的光热水蒸发速率明显受限，在一个太阳光照下的蒸发速率仅仅为1.58kg·m-2·h-1。
图4为PU20/CB0.5/NaCl7多孔光热膜的断面SEM图像。
5)PU20聚合物的合成：
将PEG(2.00g,2mmol)和PTMG(8.00g,8mmol)分别加入拥有机械搅拌、氮气入口、冷凝回流的250mL三口圆底烧瓶中。在100℃下真空搅拌2小时后，系统冷却到60℃，并充满氮气。随后在三口圆底瓶中加入THF(100mL)、DMDI(3.15g,12mmol)和DBTDL(0.05g,0.08mmol)。60℃下，氮气保护并搅拌反应48h。随后，用无水乙醇透析膜(MWCO,8000-14000Da)对反应溶液进行透析纯化。最后，乙醇蒸发后得到PU20。
PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的制备：
采用球磨机将2.50g的CB和25.00g的NaCl混合球磨30min。然后，将上述CB和NaCl共混物加入到溶解有5.00g PU20聚合物的15mL THF溶液中，并进行机械搅拌，使其混合均匀。然后将混合溶液倒入四氟乙烯模具中，在室温下固化。在完全去除THF后，将固化后的复合块表面用砂纸摩擦，然后浸泡在水浴中，每隔6h更换一次，持续水洗2天，以完全去除NaCl，制备出PU20/CB0.5/NaCl5多孔膜，随后用滤纸吸出PU20/CB0.5/NaCl5多孔膜内的水，并在室温下干燥。
PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜水蒸发装置的制备
利用PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜和隔热聚乙烯泡沫作为漂浮的支撑层，搭建高效的光热水蒸发装置和水收集装置，并漂浮在拥有200mL水的方形杯子中。在一个太阳光照射下，连续测量杯子体系的质量随光照时间的变化。
PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的光热水蒸发性能
图5为PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的光热水蒸发性能测试曲线，其中(a)为在有没有PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜时，在一个太阳光照下水质量随光照时间的变化，(b)为利用PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜进行模拟海水和湖水蒸发时，水质量随光照时间的变化，(c)为PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的原始样品，切痕损伤以及修复后的样品，在一个太阳光照下水质量随光照时间的变化，(d)为PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜在同一位置进行多次切痕修复后的光热水蒸发速率和拉伸应力修复效率曲线。由图5可知，PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜具有最好的水蒸发性能，在一个太阳光照下的蒸发速率仅仅为1.68kg·m-2·h-1，此外，当PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜用于模拟海水和湖水的水蒸发时，依然具有优异的水蒸发性能，其蒸发速率分别保持在1.61kg·m-2·h-1和1.67kg·m-2·h-1。重要的是，在切痕损伤后，PU20/CB0.5/NaCl5多孔光热膜的水蒸发性能明显被破坏，但是在修复之后，可以完全恢复到起初始的水蒸发性能；并且，在多次的切痕修复之后，虽然已拉伸应力对应的修复效率下降到95％，但是，其蒸发速率依然保持不变，这将有效提高其使用寿命。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
