本发明属于太阳能水蒸发，具体涉及一种基于光伏晶硅废料的太阳能水蒸发器及其制备方法和应用。
背景技术：
1、近年来，淡水资源短缺作为长期困扰缺水地区的问题之一，正随着地区资源分布的不均衡以及全球人口的持续增长而日益严重。自上世纪中叶以来，人们发明了包括反渗透、多效蒸馏和多级闪蒸等在内的多项技术实现了对海水的淡化，从而在一定程度上缓解了上述淡水资源短缺问题。然而，尽管这些海水淡化技术已经实现了规模化应用，但是它们在长期生产过程中所消耗的能量较多，因此海水淡化产业的整体经济效益并不高，人们一直致力于寻找更加高效、成本更加低廉的新型海水淡化技术。在这样的背景之下，太阳能水蒸发技术作为一种能够将作为清洁能源之一的太阳能直接应用于海水淡化过程并实现淡化水产出的技术应运而生。
2、在太阳能水蒸发技术中，能够接收太阳光照并将光能转化为热能供给于水的蒸发以实现海水淡化或废水净化的功能化装置被称作太阳能水蒸发器，其通常由一种或数种光热材料以及基体材料所组成。常见的光热材料包括纳米金属颗粒(如金纳米颗粒、银纳米颗粒等)、过渡金属化合物(如硫化铜、氮化钛、氧化锰等)、高分子材料(如聚吡咯、聚多巴胺等)、碳材料(如碳纳米管、石墨烯、还原氧化石墨烯等)。将光热材料与其他基体材料相结合可以为蒸发器的内部结构与宏观外型设计带来更多选择，常见的基体材料包括各种便于蒸发器构型的高分子材料如壳聚糖、聚乙烯醇、明胶、纤维素等，也包括各种商品制成品如海绵、滤纸、布等。然而，目前许多太阳能水蒸发器的构建或制备依然存在原材料成本高昂、制备工艺复杂、制备流程较长等问题，且部分太阳能水蒸发器的蒸发性能不高，难以满足淡水产出的需求。因此，低成本、易制备的高效太阳能水蒸发器的制备依然是该领域所面临的挑战之一。
技术实现思路
1、针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种基于光伏晶硅废料的太阳能水蒸发器的制备方法。
2、本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的基于光伏晶硅废料的太阳能水蒸发器。
3、本发明的再一目的在于提供上述基于光伏晶硅废料的太阳能水蒸发器在海水淡化和无机废水净化等水处理中的应用。
4、本发明目的通过以下技术方案实现：
5、一种基于光伏晶硅废料的太阳能水蒸发器的制备方法，包括如下制备步骤：
6、(1)将光伏晶硅废料、分散剂和基体材料加入到水中搅拌混合均匀，得到悬浊液；
7、(2)将步骤(1)所得悬浊液倒入模具中，通过定向冷冻铸造方法构建出具有规则排列冰晶结构的蒸发器前驱体；
8、(3)将步骤(2)所得蒸发器前驱体通过冷冻干燥除去冰晶，然后放入烘箱中加热固化，得到基于光伏晶硅废料的太阳能水蒸发器。
9、进一步地，步骤(1)中所述光伏晶硅废料为光伏晶硅行业将硅锭切割成硅片过程产生，其主要成分包括硅、碳化硅中的至少一种；所述光伏晶硅废料的加入量为溶剂质量的2％～10％。
10、进一步地，步骤(1)中所述基体材料包括壳聚糖、三聚氰胺脲甲醛树脂中的至少一种；所述基体材料的加入量为溶剂质量的0.5％～4％。
11、进一步地，步骤(1)中所述分散剂包括醋酸、壳聚糖、海藻酸钠中的至少一种；所述分散剂的加入量为溶剂质量的1％～4％。
12、进一步地，步骤(2)中所述通过定向冷冻铸造所构建的规则排列的冰晶结构为竖直平行结构；所述定向冷冻铸造过程所采用的冷源为液氮，定向冷冻铸造的温度为-50～-80℃，定向冷冻铸造的时间为5～10min。
13、进一步地，步骤(3)中所述冷冻干燥的温度为-50～-60℃，冷冻干燥的时间为24～72h。
14、进一步地，步骤(3)中所述加热固化的温度为100～150℃，时间为0.5～2h。
15、一种基于光伏晶硅废料的太阳能水蒸发器，通过上述方法制备得到。
16、上述太阳能水蒸发器在海水淡化和无机废水净化等水处理中的应用。
17、本发明原理为：以作为光热材料的光伏晶硅废料以及基体材料为主要原料，在分散剂的辅助下首先制备含有上述材料的悬浊液，并通过定向冷冻铸造构建出规则排列的冰晶结构，经过冷冻干燥去除冰晶以形成有序多孔结构，然后经加热固化处理使蒸发器内部结构定型，最终得到基于光伏晶硅废料的太阳能水蒸发器。
18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19、(1)本发明采用光伏晶硅废料作为太阳能水蒸发器的制备原材料之一，大大降低了蒸发器的制备成本，且发明中所采用的定向冷冻铸造、冷冻干燥、固化等制备工艺较易实施，蒸发器制备过程无需高温高压设备，具有操作简易、容易推广等优点。
20、(2)本发明所制备的太阳能水蒸发器可基于定向冷冻铸造使蒸发器内部形成特定通道结构，以确保蒸发器在进行海水淡化或无机废水净化时依靠这些通道结构获得充足而持续的水供应，同时使蒸发器表面由于水蒸发所产生的局部高浓度盐溶液回流于水体中，避免盐结晶析出堆积在蒸发器表面致使其蒸发性能下降。
21、(3)本发明所采用的光伏晶硅废料中的主要成分包括硅、碳化硅等，其作为间接带隙半导体类材料可以通过无辐射弛豫形式吸收太阳光照并将其转化为热能供给于水的蒸发。当光热材料中同时包括硅与碳化硅等多种光热材料时，不同材料的不同能带结构特征相比单种材料的单种能带结构特征可以提高光热材料价带电子受到激发的频率与概率，从而使蒸发器的光热转化能力得到提升。
1.一种基于光伏晶硅废料的太阳能水蒸发器的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于光伏晶硅废料的太阳能水蒸发器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述光伏晶硅废料为光伏晶硅行业将硅锭切割成硅片过程产生，其主要成分包括硅、碳化硅中的至少一种；所述光伏晶硅废料的加入量为水质量的2％～10％。
3.根据权利要求1所述的一种基于光伏晶硅废料的太阳能水蒸发器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述基体材料包括壳聚糖、三聚氰胺脲甲醛树脂中的至少一种；所述基体材料的加入量为水质量的0.5％～4％。
4.根据权利要求1所述的一种基于光伏晶硅废料的太阳能水蒸发器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述分散剂包括醋酸、壳聚糖、海藻酸钠中的至少一种；所述分散剂的加入量为水质量的1％～4％。
5.根据权利要求1所述的一种基于光伏晶硅废料的太阳能水蒸发器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述通过定向冷冻铸造构建的规则排列冰晶结构为竖直平行结构；所述定向冷冻铸造过程所采用的冷源为液氮，定向冷冻铸造的温度为-50～-80℃，定向冷冻铸造的时间为5～10min。
6.根据权利要求1所述的一种基于光伏晶硅废料的太阳能水蒸发器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述冷冻干燥的温度为-50～-60℃，冷冻干燥的时间为24～72h。
7.根据权利要求1所述的一种基于光伏晶硅废料的太阳能水蒸发器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述加热固化的温度为100～150℃，时间为0.5～2h。
8.一种基于光伏晶硅废料的太阳能水蒸发器，其特征在于，通过权利要求1～7任一项所述的方法制备得到。
9.权利要求8所述的太阳能水蒸发器在海水淡化和无机废水净化等水处理中的应用。
