[0026] 下面将参照具体实施方式更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然具体实施方式中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0027] 本发明中的技术术语包括：聚多巴胺(PDA)，纳米粒子(NPs)，纤维素膜(CM)，聚苯乙烯(PS)，樟脑磺酸(CSA)。
[0028] CSA可用作酸催化剂和手性辅助试剂等，也可用在由亲核试剂促进的炔‑亚氨基环化反应中。本发明公开了一锅策略，通过樟脑磺酸与多巴胺在水溶液中的直接共聚合，制备出具有可调光吸收特性的PDA纳米粒子，在PDA微结构中掺杂樟脑磺酸，可以缩小能量带隙，改善常规PDANPs的光吸收性能，具有良好的光热效率，可进一步应用于界面太阳能蒸汽的产生和海水淡化。
[0029] 以上为本发明的基本思路，以下通过具体实施例，进行进一步的说明。
[0030] 实施例1 PDA‑1的制备。
[0031] 一种可光谱调控的水处理用黑色素材料，其制备方法如下：
[0032] 在磁力搅拌20min下，将200mg的樟脑磺酸在80mL去离子水中完全溶解，得到樟脑磺酸溶液；
[0033] 然后将200mg的盐酸多巴胺溶于20mL去离子水中，得到盐酸多巴胺溶液；
[0034] 然后在搅拌条件下，将盐酸多巴胺溶液于5s内注入樟脑磺酸溶液中，搅拌8～16h后，离心并用去离子水冲洗三次，得到相同尺寸的可光谱调控的水处理用黑色素材料，记为PDA‑1，粒径为200nm～300nm。
[0035] 实施例2 PDA‑2的制备。
[0036] 一种可光谱调控的水处理用黑色素材料，其制备方法如下：
[0037] 在磁力搅拌20min下，将300mg的樟脑磺酸在80mL去离子水中完全溶解，得到樟脑磺酸溶液；
[0038] 然后将200mg的盐酸多巴胺溶于20mL去离子水中，得到盐酸多巴胺溶液；
[0039] 然后在搅拌条件下，将盐酸多巴胺溶液于5s内注入樟脑磺酸溶液中，搅拌8～16h后，离心并用去离子水冲洗，得到相同尺寸的可光谱调控的水处理用黑色素材料，记为PDA‑2，粒径为200nm～300nm。
[0040] 实施例3 PDA‑3的制备。
[0041] 一种可光谱调控的水处理用黑色素材料，其制备方法如下：
[0042] 在磁力搅拌20min下，将400mg的樟脑磺酸在80mL去离子水中完全溶解，得到樟脑磺酸溶液；
[0043] 然后将200mg的盐酸多巴胺溶于20mL去离子水中，得到盐酸多巴胺溶液；
[0044] 然后在搅拌条件下，将盐酸多巴胺溶液于5s内注入樟脑磺酸溶液中，搅拌8～16h后，离心并用去离子水冲洗，得到相同尺寸的可光谱调控的水处理用黑色素材料，记为PDA‑3，粒径为200nm～300nm。
[0045] 对比例PDA‑0的制备
[0046] 传统方法制备聚多巴胺(PDA)，具体步骤为，
[0047] 将500mg的盐酸多巴胺溶于90mL去离子水和40mL乙醇的混合溶液中，室温磁搅拌10 min。
[0048] 将浓度为28‑30％的氨水溶液2.5mL注入上述溶液，溶液的颜色立刻变成淡褐色，逐渐变成黑色。室温下搅拌反应16h后，离心获得传统的聚多巴胺，记为PDA‑0，用去离子水冲洗三次。
[0049] 实验例
[0050] 参见表1，为本发明PDA‑0至PDA‑3的性能表
[0051] 表1 PDA‑0至PDA‑3性能表
[0052]
[0053] 从表中可以看出，掺杂樟脑磺酸的PDA具有优异的光吸收和光热性能，为水蒸汽的产生和海水淡化提供了独特的机遇。
[0054] 为了进一步研究PDA‑3涂层CM的太阳能蒸气生成性能，本发明测量了蒸发过程中‑2 ‑1的水分损失。在黑暗条件下，该装置的蒸发速率仅为0.168kgm h 。
[0055] 在本实验中，PDA涂层CM在一次太阳照射下的太阳能转换效率可达88.6％，远高于体积水的28.6％和纯CM的32.3％。当太阳模拟器的功率密度增加到4个太阳光时，PDA‑3涂层CM 可迅速升温，膜顶部可产生可见的蒸汽流。
[0056] 本发明继续选择具有最佳光热效应的PDA‑3作为进一步制备蒸发器件的候选材‑1料。第一， PDA‑3水溶液(10mgmL )在纤维素膜(CM)上沉积2mL，形成双层结构膜，作为亲水性光吸收体。为了降低热损失，使吸光器浮在水面上，选用聚苯乙烯(PS)泡沫(厚度为
2.24cm)作为保温层，以防止装置与本体水直接接触。在聚苯乙烯泡沫塑料中心插入棉签(直径0.7cm)，通过毛细效应输送水，然后将蒸发器装置浮在水面上。在太阳光照射下，从太阳蒸汽中收集冷凝水，得到纯净水。PDA‑3成功地附着在CM上，可多次用水冲洗，不剥落。与PDA‑0涂层CM 和空白CM相比，PDA‑3涂层CM的吸光能力有所提高。结果表明，在紫外(200～
400nm)和可见(400～780nm)范围内，PDA‑3涂层CM的吸光度分别为94％和88％。因此，基于PDA‑3的器件可以吸收大部分的太阳能通过主光谱，在单日光照下，PDA‑3涂层CM的表面温度在1min 内迅速上升到～37℃。中心温度稳定在～39.5℃。PS泡沫绝缘体在PDA‑3涂层CM上具有很高的太阳能吸收。在光照下，PS泡沫的温度大致保持在室温下，表明PS泡沫对本体水的热损失得到了很好的抑制。
[0057] 太阳能脱盐实验
[0058] 此外，还利用渤海湾海水和盐水对海水淡化效果进行了研究，并用电感耦合等离子体光谱仪(ICP‑OES)测定了海水中金属离子的浓度。对于盐水，海水淡化后，冷凝室中的盐度急剧下降了至少四个数量级，大大低于世界卫生组织和美国环境保护局规定的盐度水平。
[0059] 渤海海水中四种主要离子的浓度Na+、Mg2+、Ca2+、和K+也进行了测试。脱盐后离子浓度极低，保证了本装置的性能是可行的。注意，蒸发过程中沉积在CM表面的盐也很容易被盐水冲走。通过30次循环试验(每次1小时)，研究了PDA‑3涂层CM的耐久性，表明其具有良好的循环稳定性。此外，经过30次水蒸发后，表面PDA的形貌和结构保持不变。值得注意的是， PDA‑3涂层CM比许多已建立的PDA基蒸发器在单日光照下的蒸发速率更高。
[0060] 将PDA‑CA切成圆柱形状，半径为2.4cm，高度为2.2cm。然后，将PDA‑CA通过耐油橡胶板的孔固定，该孔紧紧覆盖100mL玻璃烧杯的顶部。玻璃烧杯仅充满海水或含油的海水。该设备被氙气灯(CEL‑PE300L‑3A，空气质量1.5全局(AM 1.5G))作为太阳模拟器照明。打开太阳能模拟器后，通过红外热像仪(FLIR，T540)测量随时间变化的表面温度。通过电子天平(OHAUS，CP313)收集水的失重，该天平用于计算蒸发速率和效率。
[0061] 表2 海水与凝结水蒸汽中离子浓度的比较
[0062] 离子浓度(mg/L) Na+ Mg2+ Ca2+ K+淡化前 11092 1037 621 311
淡化后 3.67 0.34 0.85 1.64
[0063] 抗油污实验
[0064] 选取甲苯和大豆油模拟油污检测装置性能(COD越小，水体有机物含量越少)[0065] 表3 抗油污实验结果
[0066]
[0067]
[0068] 吸附测量
[0069] 在温度控制的振荡器中以100rpm的搅拌速度进行吸收测量。选择665nm(MB)和555nm (Rh B)作为染料污染物，以测试本发明的可光谱调控的水处理用黑色素材料的光吸收性能。
[0070] 最初，以不同浓度制备了含有染料污染物的水溶液。然后，将可光谱调控的水处理用黑色素材料(50mg±2mg)放入每种溶液20mL中，并在黑暗中振摇24h，以达到吸收平衡。
[0071] 使用紫外可见分光光度计以固定的时间间隔测量MB和Rh B的浓度，这可以通过665nm (MB)和555nm(Rh B)的吸光度来计算。
[0072] 使用以下公式计算可光谱调控的水处理用黑色素材料的吸收能力：
[0073]
[0074] 其中c0和ce分别是染料污染物的初始浓度和平衡浓度(mgg‑1)，V是水溶液的体积，m 是可光谱调控的水处理用黑色素材料的量(mg)。
[0075] 此外，为了研究吸收等温线，在浓度范围为10mg/L至100mg/L的水溶液中进行了单一染料污染物吸收实验。将得出的吸收等温线数据拟合到以下模型中
[0076] 朗缪尔模型：
[0077]
[0078] 其中ce(mgL‑1)是染料污染物的平衡浓度，qe(mgg‑1)是可光谱调控的水处理用黑色‑1素材料在平衡状态下吸收的染料污染物的量qm(mgg )是最大吸收能力，而KL是Langmuir 吸收常数。
[0079] 友好型号：
[0080]
[0081] 其中ce(mgL‑1)是染料污染物的平衡浓度，qe(mgg‑1)是可光谱调控的水处理用黑色素材料在平衡状态下的吸收量，KF是Freundlich常数，1/n是Freundlich系数。
[0082] 还测试了可光谱调控的水处理用黑色素材料吸收染料污染物的动力学。MB和Rh B‑1的初始浓度均为20mgL 。如上所述以固定的时间间隔测量两种染料的浓度。吸收量(qt)与时间 (t)之间的关系通过以下公式计算：
[0083]
[0084] 其中c0和ct分别是在初始时间和给定时间的染料污染物浓度，V是溶液体积(mL)，m 是可光谱调控的水处理用黑色素材料(mg)。为了进行动力学研究，将数据拟合到以下模型。伪一阶动力学方程：
[0085]
[0086] 其中qt(mgg‑1)是在时间t(min)被可光谱调控的水处理用黑色素材料吸收的染料‑1 ‑1污染物的量，qe(mgg )是平衡吸收能力，而k1(min )是速率常数。
[0087] 伪二阶动力学方程：
[0088]
[0089] 其中qt(mgg‑1)是在时间t(min)被可光谱调控的水处理用黑色素材料吸收的染料‑1 ‑1 ‑1污染物的量，qe(mgg )是平衡吸收能力，而k2(gmg min )是速率常数。
[0090] 测试结果如下：
[0091] 表4 在黑暗中吸收MB和Rh‑B的热力学参数
[0092]
[0093] 表5 在黑暗中吸收MB和Rh‑B的动力学参数
[0094]
[0095] 表6 单位太阳光照下各种水蒸发器的蒸发速率调研
[0096]
[0097]
[0098] [1].X.Wu,G.Y.Chen,W.Zhang,X.Liu,H.Xu,A plant‑transpiration‑process‑inspired strategy for highly efficient solar evaporation.Adv.Sustain.Syst.1,1700046(2017).
[0099] [2].Q.Jiang,H.GholamiDerami,D.Ghim,S.Cao,Y.‑S.Jun,S.Singamaneni, Polydopaminefilled bacterial nanocellulose as a biodegradable interfacial photothermal evaporator for highly efficient solar steam generation.J.Mater.Chem.A 5,18397–18402(2017).
[0100] [3].X.Wu,Q.Jiang,D.Ghim,S.Singamaneni,Y.‑S.Jun,Localized heating with a photothermal polydopamine coating facilitates a novel membrane distillation process.J.Mater. Chem.A6,18799–18807(2018).
[0101] [4].Y.Zhang,X.Yin,B.Yu,X.Wang,Q.Guo,J.Yang,Recyclable polydopamine‑functionalized sponge for high‑efficiency clean water generation with dual‑purpose solar evaporation and contaminant adsorption.ACSAppl.Mater.Interfaces 11,32559–32568 (2019).
[0102] [5].S.Ma,C.P.Chiu,Y.Zhu,C.Y.Tang,H.Long,W.Qarony,X.Zhao,X.Zhang,W.H.Lo, Y.H.Tsang,Recycled waste black polyurethane sponges forsolar vapor generation and distillation. Appl.Energy 206,63–69(2017).
[0103] 以上实施例和实验例中，盐酸多巴胺(98％)，樟脑磺酸(99％)，氨水(25‑28％)，都是从强生科技有限公司(中国北京)购买的。
[0104] 纤维素膜是从抚顺市民政滤纸厂获得的。
[0105] 所有化学物质未经进一步纯化即可使用。
[0106] 所有实验均采用去离子水。
