充足的淡水是人类生活和发展的重要保证，但是越来越多的城市和地区面临着淡水短缺的问题［1⁃2］，因此废水处理的重要性日益凸显，促进水分蒸发是实现废水处理的一种方式，而太阳能驱动的水蒸发似乎是解决这一问题的绝佳方案。同时，太阳能作为一种可持续利用的清洁能源，因其取之不尽、绿色环保、不受地域限制等优点［3⁃5］，可有效缓解能源短缺的压力，减少化石燃料燃烧造成的环境污染。但传统的太阳能蒸发效率低，在蒸发系统中引入光热材料，可以显著提高海水淡化效率。利用光热材料吸收太阳能，将光能转化为热能，在水⁃空气界面处局部加热，减少热量的损失，可提高太阳能的利用效率［6⁃8］。因此，各种制造简单、便携和可重复使用的界面蒸发器被设计出来［9⁃10］。单向导湿现象在自然界普遍存在［11⁃12］，如蜘蛛丝表面具有亲水性和疏水性，当液滴附着在蜘蛛丝表面时，液滴会自动流向亲水区域［13］。这种现象对蒸发系统的研究具有极大的启示作用。在此，对亲水粘胶织物进行单面疏水印花，得到具有单向导湿性能的防水印花粘胶织物（以下简称粘胶⁃WP织物），采用氧化石墨烯分散液对该织物另一面处理并还原，得到还原氧化石墨烯印花粘胶织物（以下简称RGO/粘胶⁃WP织物）。RGO/粘胶⁃WP织物可以漂浮在水面上，有效减少热损失，同时通过毛细管作用持续向表面供水，织物表面的石墨烯捕获光能转化为热能进而加热水体，促进水分的蒸发，从而实现废水的处理。本研究对RGO/粘胶⁃WP织物的微观结构、化学结构、光学性能、亲水性能、蒸发性能和应用性能进行分析，以期为仿生结构设计和界面蒸发系统提供新思路。1 试验部分1.1　原料和仪器原料：粘胶织物（非织造布，360 g/m2）；硅烷偶联剂KH⁃560，试剂级，上海泰坦科技股份有限公司；海藻酸钠，化学纯，西陇科学股份有限公司；防水剂，南通斯恩特纺织科技有限公司；1，2，3，4⁃丁烷四羧酸（BTCA）、次亚磷酸钠（SHP）分析纯，阿拉丁试剂有限公司；活性黑5染料，上海雅运纺织化工股份有限公司；活性红M⁃3BE染料，上海染料有限公司。仪器：B13⁃3型恒温磁力搅拌器（上海司乐仪器有限公司），R⁃3型自动定形烘干机（厦门瑞比有限公司），Gemini SEM 300型场发射电子显微镜（德国蔡司公司），LabRAM HR800型共焦显微拉曼光谱仪（法国Horiba Jobin Yvon公司），Tensor27型傅里叶变换红外光谱仪（德国Bruker公司），UV⁃3600plus型紫外可见近红外分光光度计（日本岛津公司），OCA15EC型接触角测量仪（德国Dataphysics公司），TU⁃1901型双光束紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司），TES⁃1333型光学功率计（泰仕电子工业股份有限公司），C3型红外相机（美国FLIR公司），AY220型电子天平（日本岛津公司）。1.2　RGO/粘胶-WP织物的制备配制防水剂印花浆（海藻酸钠质量分数1.5%，防水剂质量分数10%，硅烷偶联剂KH⁃560质量分数3%），对粘胶织物进行反面印花，100 ℃烘干，160 ℃焙烘3 min，得到粘胶⁃WP织物。配制20 g/L氧化石墨烯分散液，对粘胶⁃WP织物正面进行处理，100 ℃烘干，得到氧化石墨烯印花粘胶织物（以下简称GO/粘胶⁃WP织物），氧化石墨烯含量约3 g/m2；然后将交联整理液（BTCA 120 g/L，SHP 100 g/L）均匀滴涂在GO/粘胶⁃WP织物上，100 ℃烘干，180 ℃焙烘3 min，去离子水清洗，烘干得到RGO/粘胶⁃WP织物。1.3　测试与表征采用场发射电子显微镜观察织物的形貌和微观结构。使用共焦显微拉曼光谱仪测试得到拉曼光谱，测试样品的分子类型，测试范围为800 cm-1~2 200 cm-1。采用傅里叶变换红外光谱仪对织物的官能团进行分析，扫描光谱范围为600 cm-1~4 000 cm-1。用紫外可见近红外分光光度计记录织物的透射光谱和反射光谱，相应的吸收率由公式（1）计算得出。A=1-T-R （1）式中：A为吸收率，T为透射率，R为反射率。将体积为5 μL的水滴滴在织物的表面，拍摄不同时间下水滴在织物上的状态，并测试得到接触角。通过双光束紫外可见分光光度计测定染料溶液和收集水的吸光度。将半径为2 cm的圆形RGO/粘胶⁃WP织物放在装水的烧杯中，放在500 W氙灯下光照。通过光学功率计识别并调节RGO/粘胶⁃WP织物表面的光照强度，使用电子天平记录不同时间下蒸发体系的质量，红外相机测量RGO/粘胶⁃WP织物表面的温度，以此测试织物的蒸发性能。2 结果与讨论2.1　微观形貌表征3种织物的电镜照片如图1所示。图1织物的电镜照片.F1a1（a）粘胶织物.F1a2（b）GO/粘胶⁃WP织物.F1a3（c）RGO/粘胶⁃WP织物从图1可以看出，粘胶纤维表面相对干净，有一定的纵向纹理；粘胶纤维经GO分散液印花后，纤维表面覆盖着连续的氧化石墨烯膜；石墨烯包覆在RGO/粘胶⁃WP织物表面，且与粘胶纤维发生交联。2.2　化学结构分析通过拉曼光谱对织物进行表征和分析，结果如图2所示，拉曼光谱中有2个明显的特征峰D峰（无定形碳结构）和G峰（石墨化碳结构）。在GO/粘胶⁃WP织物的拉曼光谱中，D峰位于1 353 cm-1处，G峰位于1 586 cm-1处，且D峰强度低于G峰，证明氧化石墨烯包裹在棉织物上。GO/粘胶⁃WP织物经BTCA整理液处理后，D峰左移至1 346 cm-1处，G峰位于1 586 cm-1处，位置基本不变，D峰强度明显高于G峰，因此得到的还原氧化石墨烯无序度大，主要是无定形碳。随着D峰与G峰强度比值从0.61增加到1.13，RGO/粘胶⁃WP织物显示出更高的D峰与G峰强度比值，验证了GO/粘胶⁃WP织物的还原。.F002图2GO/粘胶⁃WP织物和RGO/粘胶⁃WP织物的拉曼谱图通过傅里叶变换红外光谱进一步验证GO/粘胶⁃WP织物的还原并分析织物的官能团，结果如图3所示。在图3中，对于粘胶织物，在3 334 cm-1、2 900 cm-1、1 642 cm-1和1 021 cm-1处出现吸收峰，分别为—OH伸缩振动峰、C—H非对称拉伸峰、C=O伸缩振动峰和C—O伸缩振动峰。与粘胶织物的红外光谱相比，GO/粘胶⁃WP织物的红外光谱的特征峰无明显差别。GO/粘胶⁃WP织物经BTCA整理后，3 334 cm-1、1 642 cm-1和1 021 cm-1处吸收峰明显降低，且1 711 cm-1处出现酯基的特征峰，说明GO/粘胶⁃WP织物与BTCA发生交联反应。同时，RGO/粘胶⁃WP织物在1 563 cm-1处出现特征峰，与石墨烯结构中C=C的共轭振动峰相对应，证明GO/粘胶⁃WP织物经交联整理液整理后还原为RGO/粘胶⁃WP织物。.F003图33种织物的红外光谱2.3　亲水性能为了研究RGO/粘胶⁃WP织物的亲水性能，测试了不同时间下水滴在RGO/粘胶⁃WP织物上的接触角，结果如图4所示。图4RGO/粘胶⁃WP织物的水接触角测试.F4a1（a）0 s.F4a2（b）0.15 s.F4a3（c）0.35 s.F4a4（d）0.69 s.F4a5（e）0.89 s.F4a6（f）1.13 s从图4中可以明显看出，当水滴与RGO/粘胶⁃WP织物接触时，随着时间的延长，接触角逐渐减少。水滴在1.13 s时完全消失，表明水滴可以快速地渗透到织物中。这是因为RGO/粘胶⁃WP织物含有亲水基团（C=O、C—O），赋予RGO/粘胶⁃WP织物良好的亲水性，有利于水分的连续供应。2.4　光学性能太阳能吸收体吸收光的能力是决定太阳能蒸汽产生性能的关键因素，用紫外可见近红外光谱对织物的光学性能进行表征，通过测量得到织物的透射和反射光谱，进而计算得到织物的吸收光谱，结果如图5所示。在图5中，RGO/粘胶⁃WP织物的透射率和反射率较低，因此RGO/粘胶⁃WP织物表现出较高的吸收率，高达92%，这是由于石墨烯固有的优异的光吸收性能。结果表明，RGO/粘胶⁃WP织物可以充分地捕捉光能，可用于太阳能驱动的蒸汽高效产生。.F005图5RGO/粘胶⁃WP织物的吸收光谱2.5　蒸发性能2.5.1　厚度对蒸发性能的影响为了测试厚度对蒸发性能的影响，将RGO/粘胶⁃WP织物和不同厚度的粘胶⁃WP织物缝制在一起从而改变材料的厚度。使用4组不同厚度的RGO/粘胶⁃WP织物进行蒸发试验，结果如图6所示。图6在1 kW/m2光照下蒸发系统的表面温度和质量变化.F6a1（a）表面温度.F6a2（b）质量变化从图6可以看出，与纯水相比，RGO/粘胶⁃WP织物的引入可以明显提高蒸发系统的表面温度，表明RGO/粘胶⁃WP织物具有较强的光热转化能力。光照初期，随着光照时间的延长，蒸发系统的表面温度明显增大；光照40 min后，蒸发系统的表面温度逐渐趋于平衡，这是因为太阳能吸收体吸收光能产生的热量、蒸汽能量和热损失达到平衡。随着材料厚度增大，蒸发系统的表面温度也在逐渐增大。同时，材料相应的质量变化也在逐渐增大，这是由于材料厚度增大，有利于减少热损失，将更多的热量固定在气⁃液界面，从而蒸发更多的水分。当材料厚度为1.8 cm时，蒸发速率为0.75 kg/（m2·h），是纯水蒸发速率的3.8倍，进一步增大材料的厚度对于蒸发性能影响不大。这是因为随着材料厚度的增大，尽管热量损失减少，但影响供水速度，蒸发速率由热量和供水速度决定［14］，因此选择厚度为1.8 cm的材料组成的RGO/粘胶⁃WP织物用于后续试验。2.5.2　循环稳定性RGO/粘胶⁃WP织物的稳定性对实际应用具有重要意义，因此在1 kW/m2光照下对RGO/粘胶⁃WP织物进行循环性能测试，每次循环太阳光照2 h，结果如图7所示。值得注意的是，在1 kW/m2光照下，RGO/粘胶⁃WP织物的蒸发速率在10次循环周期内波动较低，仍呈现较稳定的蒸发速率，可持久驱动水蒸发，表明RGO/粘胶⁃WP织物具有较好的重复使用性和稳定性。.F007图7不同循环次数相应的蒸发速率2.6　应用性能为了评价RGO/粘胶⁃WP织物的废水处理效果，采用活性黑5溶液（20 mg/L）和活性红M⁃3BE（20 mg/L）溶液作为模拟废水，进行废水处理试验，采用紫外⁃可见吸收分光光度法进行研究，结果如图8所示。从图8可以看出，蒸发的收集水均是透明无色的，染料紫外⁃可见吸收光谱中的吸收峰消失，吸光度几乎为零，说明收集水中染料浓度极低。因此，RGO/粘胶⁃WP织物在染料废水处理方面具有潜在的应用前景。图8不同染料溶液和收集水的紫外⁃可见光谱.F8a1（a）活性黑5溶液.F8a2（b）活性红M⁃3BE溶液3 结论（1）以粘胶织物为载体，通过防水印花得到单向导湿织物，将氧化石墨烯处理到该织物上，通过还原成功制备了RGO/粘胶⁃WP织物，RGO与粘胶发生化学交联。（2）RGO/粘胶⁃WP织物具有良好的亲水性，在1.13 s内完全渗透到织物上；同时，该织物具有优良的光吸收特性，吸收率高达92%。（3）在1 kW/m2光照下，材料厚度为1.8 cm时，RGO/粘胶⁃WP织物质量变化最大，蒸发速率为0.75 kg/（m2·h），是纯水蒸发速率的3.8倍。（4）RGO/粘胶⁃WP织物具有良好的循环稳定性，在1 kW/m2光照下，RGO/粘胶⁃WP织物在10次循环周期内仍呈现较稳定的蒸发速率。（5）对于两种模拟废水，RGO/粘胶⁃WP织物蒸发收集的水是无色的，且不存在紫外线可检测物，在染料废水处理方面具有潜在的应用前景。