技术摘要：
本发明公开了一种光热膜蒸馏器，包括中空纤维膜体和支撑体，所述中空纤维膜体呈拱桥状结构固定在所述支撑体上，所述中空纤维膜体的两个端部分别插入所述支撑体并穿出所述支撑体的表面，所述支撑体为隔热材料且所述支撑体能够漂浮在水上，所述中空纤维膜体包括表面亲水  全部
背景技术：
水危机被2018年达沃斯世界经济论坛全球风险报告列为世界第5大危机。经济可 行的淡水获取技术是人类一直面临的难题，海水淡化是解决我国淡水资源匮乏的战略选 择。目前传统的低温多效蒸馏和反渗透膜技术存在能耗高导致成本高的问题，并且反渗透 对海水的预处理要求较高，通常只适合处理含盐量低的海水。如何通过新型膜材料及膜过 程的设计实现低成本高效海水淡化，是全世界面临的社会难题。 近年出现的光热蒸发技术，是一种新型的低能耗海水淡化方式。其核心是通过设 计并合成具有高光热转化效率的材料，将太阳能高效转换为热能，局部集中加热材料表面 水分子，然后通过冷凝收集得到淡水。早期的，研究人员将贵金属或碳纳米颗粒直接分散在 盐溶液中，蒸汽在光热转化材料表面产生后迅速脱离材料表面，但是由于水具有较高的导 热系数(～0.599W  m-1K-1)，大部分的热会以热传导的形式损失掉，使光热转化效率降低；为 了降低热传导损失提高光热转化效率，受人体汗液蒸发启发，将疏水性光热转化材料直接 漂浮在水面上实现界面蒸发，但是由于此时材料表面温度高于环境和材料下方水体的温 度，在该过程中仍然存在热传导、热辐射和热对流损失；为了进一步降低热传导损失提高光 热转化效率，在光热转化材料和水体之间增加一层隔热材料，避免光热转化材料与下方水 体直接接触，通过棉纤维等对光热转化材料进行供水。由此可见，以上均是二维光热转化材 料分散、直接漂浮或平铺在支撑体上实现海水淡化的，蒸发性能均具有一定的局限性。
技术实现要素：
基于此，有必要针对现有光热转换材料的局限性，提供一种低成本，低能耗，实现 高效水蒸发的光热膜蒸馏器及其制备方法和应用，以及水处理设备。 一种光热膜蒸馏器，包括中空纤维膜体和支撑体，所述中空纤维膜体呈拱桥状结 构固定在所述支撑体上，所述中空纤维膜体的两个端部分别插入所述支撑体并穿出所述支 撑体的表面，所述支撑体为隔热材料且所述支撑体能够漂浮在水上，所述中空纤维膜体包 括表面亲水性中空纤维膜和负载在所述表面亲水性中空纤维膜上的聚多巴胺和碳材料颗 粒。 在其中一个实施例中，所述支撑体上具有多个所述中空纤维膜体。 在其中一个实施例中，至少两个拱桥状结构的所述中空纤维膜体的顶端高度不 同。 在其中一个实施例中，所述中空纤维膜体的孔隙率为75％～85％。 在其中一个实施例中，所述中空纤维膜体的平均孔径为100nm～300nm。 在其中一个实施例中，所述中空纤维膜体的壁厚为100μm～500μm。 3 CN 111573780 A 说　明　书 2/10 页 在其中一个实施例中，所述中空纤维膜体的外径为2mm～3mm。 在其中一个实施例中，所述表面亲水性中空纤维膜中具有纳米级和微米级共存的 多级纤维结构。 在其中一个实施例中，所述碳材料选自碳纳米管、氧化石墨烯、还原性氧化石墨烯 及活性炭的一种或多种。 在其中一个实施例中，所述表面亲水性中空纤维膜的材料选自聚四氟乙烯、聚偏 氟乙烯、聚丙烯、聚砜及聚醚砜中的一种或多种。 一种所述的光热膜蒸馏器的制备方法，包括以下步骤： 将所述表面亲水性中空纤维膜浸泡在多巴胺活性组分溶液中，使得所述多巴胺在 所述表面亲水性中空纤维膜上聚合形成聚多巴胺； 将负载有聚多巴胺的所述表面亲水性中空纤维膜浸泡在含有碳材料的分散液中， 并向所述含有碳材料的分散液中加入多巴胺活性组分溶液，浸泡一定时间后，取出晾干，得 到所述中空纤维膜体； 将所述中空纤维膜体的两个端部分别插入所述支撑体中，并使所述两个端部分别 穿出支撑体的表面。 一种光热膜蒸馏器的应用，所述光热膜蒸馏器用于漂浮在水上，吸收光并使水蒸 发。 一种水处理设备，包括所述的光热膜蒸馏器。 本发明的光热膜蒸馏器以聚多巴胺作为光热转化材料，利用聚多巴胺的光热转化 性能，将光能(例如太阳光能)转化为热能。本发明创造性提出以中空纤维膜作为光热转化 材料的载体，将聚多巴胺负载在中空纤维膜上，中空纤维膜能够吸收水分，然后利用聚多巴 胺产生的热量将水分蒸发，将该中空纤维膜固定在支撑体上，漂浮在水中，从而可以利用中 空纤维膜的汲水作用和聚多巴胺的光热转换性将水蒸发。由于亲水性的中空纤维膜具有丰 富的纤维结构，可以依靠纤维与纤维之间的毛细作用进行汲水而不需要其他辅助材料，提 高了整体结构的简便性。另外，发明人发现，在中空纤维膜上负载碳材料，与聚多巴胺配合， 能够进一步加强水蒸发效率。并且，发明人提出中空纤维膜进行亲水改性得到表面亲水性 中空纤维膜，提高中空纤维膜的汲水能力。本发明的光热膜蒸馏器，与直接使用贵金属作为 光热转化材料相比，大大降低了操作成本。 进一步的，亲水性的中空纤维膜具有一定的自支撑性能，本发明将中空纤维膜的 两个端部均插入支撑体中，从而可以使得亲水性的中空纤维膜的两端均起到汲水作用，提 高汲水的效率。另外，将亲水性的中空纤维膜以拱桥结构支撑在支撑体上，与二维光热转换 结构或者直立的光热转换材料相比，可以提高光吸收面积，实现360度光吸收，从而实现360 度表面的水蒸发；还可以吸收来自下方支撑体材料的能量，进一步促进蒸汽产生。 附图说明 图1为实施例1所制备的中空纤维膜设计的光热膜蒸馏器示意图。 图2为实施例1所制备的中空纤维膜体断面的扫描电子显微镜照片。 图3为实施例1所制备的中空纤维膜体外表面的扫描电子显微镜照片。 图4为实施例1所制备的中空纤维膜体内表面的扫描电子显微镜照片。 4 CN 111573780 A 说　明　书 3/10 页 图5为实施例1所制备的中空纤维膜体外表面的水接触角。 图6为实施例1中未改性、亲水改性、PDA/CNT改性PTFE中空纤维膜体的红外曲线对 比。 图7为实施例1所制备的光热膜蒸馏器的光热转化性能数据图。