发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提供一种具有分级多孔结构的高分子膜，该膜可用作高分子基热管理膜，能够对太阳能蒸发器表面进行能量限制，减少热量通过热辐射以及热对流形式的损失。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种高分子膜，所述高分子膜具有微米孔结构和纳米孔结构(即所述高分子膜为分级多孔结构)，微米孔遍布整个高分子膜，微米孔的孔壁含有纳米孔。

进一步，所述高分子膜中的高分子为亲水性高分子；优选的，所述高分子选自：聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酸或聚丙烯酰胺及其各种衍生物中的一种。所述高分子基体之所以选择亲水性高分子，是由于亲水性高分子拥有较多亲水官能团，可以通过化学或者物理作用形成三维的网络结构。

进一步，所述高分子膜中，所述微米孔结构的孔径≥1μm；优选为5～100μm；更优选为10～50μm。如果微米孔结构过大，当用于太阳能蒸发器时，则会导致过多的水分被供应到膜中，不利于蒸发的进行，会使蒸发速率有一定的下降；如果微米孔结构尺寸过小，会减缓水供应的过程，没有充足的水分用于蒸发，会使蒸发速率大幅下降甚至无法蒸发。

进一步，所述高分子膜中，所述纳米孔结构的孔径≤600nm；优选为200～500nm。如果纳米孔结构过大，能起到水合作用的分子链有限，水合作用的范围减小，使得促进蒸发的效果减弱，蒸发速率有一定的下降；如果纳米孔结构尺寸过小，会阻碍水的填充过程，不利于分子链与水的接触，减弱促进蒸发的效果。因此其孔尺寸限定为200～500nm。

本发明要解决的第二个技术问题是提供上述高分子膜的制备方法，所述制备方法为：将高分子基体和致孔剂混匀后溶解在混合溶剂中得混合溶液，然后将所得混合溶液制成膜，最后去除致孔剂即得所述高分子膜；其中，所述混合溶剂为水和有机溶剂的混合溶剂，水和有机溶剂的质量比为：水40～60质量份，有机溶剂60～40质量份。

进一步，所述有机溶剂为丙二醇、丙三醇或丁二醇中至少一种。本发明中，选择混合溶剂体系的目的在于增强高分子基体的结晶能力，减小其晶体尺寸，形成纳米尺度的晶体结构，构成热管理膜中的纳米孔结构。

进一步，所述将所得混合溶液制成膜的方法可以采用：先凝胶化处理成凝胶膜，然后进行化学交联。

进一步，所得混合溶液采用冻融循环的方法进行凝胶化得凝胶膜；具体方法为：将混合溶液置于低温环境下进行冷冻使其凝胶化，其中，低温环境指温度小于0℃,低于水的冰点温度。

进一步，上化学交联中使用的交联剂为丁醛、戊二醛、乙二醛、硼酸、四硼酸钠中至少一种。

进一步，10mg/ml＜交联剂的浓度＜100mg/ml；如果交联剂浓度太低，交联不够完全，无法维持吸水后结构的稳定性；而浓度过大，会使材料过度交联，结构变形能力减弱，在水中浸泡后会直接破碎。

本发明中，凝胶化处理和化学交联都可用来稳定基体形状，否则会导致基体形状得不到很好的固定，在水中长时间浸泡后会破裂而导致材料失效。

进一步，所述致孔剂为葡萄糖、聚氧化乙烯、氯化钠或聚乙二醇中的至少一种。本发明中，在溶液中加入致孔剂的目的在于制备高分子膜的微米孔结构，致孔剂与高分子基体混合均匀后以微米的连续态结构维持在基体内部，后将制孔剂选择性刻蚀掉得到膜的微米多孔结构；致孔剂需要与基体之间有一定的相互作用力，作用力过小会直接分相，两者之间无法均匀混合；作用力过强，则会形成纳米尺度的连续态结构，无法满足供水的需求。

进一步，上述高分子膜的制备方法中，高分子基体与致孔剂的质量比为：高分子基体10～60重量份，致孔剂1～15重量份；如果致孔剂过少，致孔剂相无法在基体中形成连续的微米尺寸结构；致孔剂过多的话，则致孔剂则占主要成分，基体过少，在刻蚀掉致孔剂之后，基体则无法维持稳定的三维结构。

进一步，上述高分子膜的制备方法中，10mg/ml＜高分子基体的浓度(高分子基体的浓度指每ml混合溶剂中高分子基体的含量)＜200mg/ml；因为如果浓度太低，其凝胶化后强度过低，无法维持稳定的形状；而浓度过大，高分子基体会纠缠在一起，难以在溶液中均匀的分散。

进一步，上述制备方法中，混合溶液制成膜之前还加入抗菌剂。

进一步，所述抗菌剂选自：纳米银、纳米氧化锌、纳米氧化钛、纳米铜、丝胶、季铵盐、羟苯甲脂、山梨酸钾或壳聚糖中的至少一种。添加量根据实际需要添加，如占高分子基体的0.1％～1％。

优选的，所述抗菌剂为纳米银，可以选择含银前驱液加入，如乙酸银、三氟乙酸银、氰尿酸银、对甲苯磺酸银或硝酸银中至少一种。

优选的，0.1mg/ml＜含银前驱液的浓度＜1mg/ml；如果含银前驱液浓度太低，最终还原出来的银纳米粒子含量较少，抗菌效果较差；而浓度过大，会使还原出来的银纳米粒子含量过多，会极大地降低膜的透明性，不利于光线的透过，降低膜下界面加热层的光热转换效果。

本发明要解决的第三个技术问题是指出上述高分子膜可应用于现有太阳能蒸发器的表面，对表面热损失进行控制，用于海水淡化，污水处理或水的提纯。

进一步，所述高分子膜用于太阳能蒸发器时，具体使用方法为：将所述高分子膜直接附在所使用的太阳能蒸发器或者太阳能蒸发器的界面加热层上。

本发明要解决的第四个技术问题是提供一种改进型太阳能蒸发器，包括吸水层，隔热层，界面加热层，所述界面加热层上覆盖上述所得高分子膜。现有的太阳能蒸发器一般包括吸水层，隔热层，界面加热层；吸水层是为了将水输送到界面加热层中，隔热层放置于界面加热层下部，为了减少热量向下部水体的热传导损失；本发明要改进太阳能蒸发器，在界面加热层上覆盖一层高分子膜，这种高分子膜可以对界面加热层进行充分的热管理减少热量向上方空气中的热辐射以及热对流损失；获得高的蒸发效率。

本发明的有益效果：

(1)本发明所述制备的高分子膜可以消除界面加热层的对流热损失；而且可以吸收界面加热层所产生的热辐射能量；并且其自身较高的热导率有利于热量在膜内的扩散。其对界面加热层高效的热管理能力使其获得了95％的蒸发效率，热损耗被控制在2％以内。

(2)本发明所述制备的分级多孔结构的高分子膜中的纳米孔赋予了其优异的水合能力，强烈的水合能力会推动蒸发的进程，减弱蒸发过程中所需的能量，因此可以获得高的蒸发速率。在模拟太阳光(一个太阳光强：1KW m^-2)的照射下，蒸发速率最高值可以达到1.983kg m^-2h^-1。

(3)本发明所述制备的分级多孔结构的高分子膜中的微米孔赋予了其充足的水供应能力，可以有效缓解盐的沉积现象，并且内部的银纳米粒子可以使其具备抗菌特性。极大的增加了其在海洋环境中的耐受性，具有工艺简单，成本低，制品形态结构稳定，可长期使用等优点。

(4)本发明采用原位共溶剂凝固法，一步成型，利于规模化发展；具有高的可见光通过性，可以使其下方的界面加热层充分的进行光热转换；引入了银纳米粒子，可以具备优秀的抗菌性，同时整体的蒸发膜结构充分的水供应能力使其具备高效的抗盐性，有利于长期的稳定的使用。