近年来,随着人口迅速增长和工业的快速发展,淡水资源紧缺已成为全世界面临的主要难题之一,高效、低成本获得淡水已经成为目前科学探索的研究热点。面对太阳能无可比拟的来源及特性优势,太阳能海水淡化技术得到了学术界的广泛关注并获得了迅速发展。为了满足太阳能蒸发器良好的光热转化、热管理、水传输及水蒸发性能,多孔材料常常被用作太阳能蒸发器的主体基材,其中水凝胶材料的结构与性能优势使其成为太阳能蒸发器的重要发展方向。作为一种三维交联的高分子多孔含水材料,水凝胶的高分子结构、孔隙特性等对水分子传输及水分子汽化具有显著影响,同时对水分子对流所带来的热损耗、盐积累等具有明显的影响。然而,如何设计适合高效太阳能水蒸发的水凝胶基太阳能蒸发器仍是一项挑战。面对这一问题,本文以纤维素为原料,炭黑为光吸收剂,制备了纤维素基水凝胶太阳能蒸发器,对水凝胶内部光热转化材料分布、水凝胶微结构调控、功能材料对纤维素水凝胶结构与性能的影响等进行了深入研究,揭示了纤维素基水凝胶太阳能蒸发器的构效关系,并验证了纤维素基水凝胶的结构设计对运行性能的影响。论文的主要贡献如下:（1）碱脲体系在低温条件下可以有效溶解纤维素得到透明的纤维素溶液,通过环氧氯丙烷的交联作用,制备纤维素基水凝胶。炭黑能够在碱脲体系溶解的纤维素溶液中有效分散,并且在凝胶时均匀分散在体系中。在纤维素溶液浓度为4 wt.%,当纤维素溶液:环氧氯丙烷:炭黑的质量比为1:0.1:0.01时,将含有炭黑与不含炭黑的纤维素溶液分层混合,共同凝胶,能够形成双层纤维素基水凝胶太阳能蒸发器,上层为炭黑/纤维素水凝胶（CCH）,下层为纤维素水凝胶（CH）。结果表明,该CCH/CH双层太阳能蒸发器具有多孔结构、良好的亲水性和较低的导热系数,CCH层在200-2500 nm波长范围内光吸收率为90%以上;在一倍太阳光照强度下,水蒸发速率达到1.58 kg·m-2·h-1,太阳能光热-蒸汽转化效率为77.74%;对模拟海水淡化后,净化水中的主要离子浓度降低3-4个数量级,具有良好的淡化性能;经过30次循环实验,水蒸发速率稳定在1.56 kg·m-2·h-1左右,具有优异的循环稳定性;该器件在户外实验中也表现出良好的蒸发性能,12 h内产水量为10.56 L·m-2,具有实际应用价值。（2）研究了化学与物理协同交联对双层双网络交联纤维素基水凝胶（BDCH）太阳能蒸发器结构与性能的影响。结果表明,环氧氯丙烷的化学交联和乙醇诱发的物理交联协同作用可以提高水凝胶聚合物网络的交联密度,从而影响器件结构和性能。通过调节环氧氯丙烷用量可改变BDCH太阳能蒸发器的光吸收、热管理、水传输和水蒸发等性能,从而对器件运行效率带来显著的影响。当纤维素溶液和环氧氯丙烷质量比为1:0.056,乙醇浓度为50 wt.%时,器件性能达到最佳。器件中化学交联和物理交联结构均匀分布,具有微米和纳米孔的分层级多孔结构,提高了光吸收和水传输性能,光吸收率达到94%以上,水传输速率提高到0.07 g·min-1;水凝胶聚合物网络交联密度的提高使得内部水的等效蒸发焓降低至1216 J·g-1,提高了水蒸发速率,在一倍太阳光照强度下,水蒸发速率为2.79 kg·m-2·h-1,太阳能光热-蒸汽转化效率为90.88%;器件具有良好的力学性能和耐酸、耐碱及耐高温性,表现出优异的结构稳定性;对表面盐积累具有自清洁能力,在模拟海水中连续运行72 h时后水蒸发速率稳定,可长期使用;在海水淡化和有机染料废水处理方面具有良好的效果,海水淡化前后离子浓度降低3-4个数量级,有机染料废水（30 ppm）处理后染料的去除率达99%以上。（3）以阳离子瓜尔胶（CGG）作为抗菌剂,研究了 CGG对双层CGG/纤维素基水凝胶（BGCH）太阳能蒸发器结构与性能的影响。结果表明,CGG具有高度水合能力,与水相互作用可以有效降低水凝胶中水的等效蒸发焓,并大幅提升水凝胶的饱和含水量和水传输速率,但是过高的饱和含水量会降低太阳能蒸发器的水蒸发速率。通过调节CGG的用量改变BGCH太阳能蒸发器的光吸收、热管理、水传输和水蒸发等性能,从而对器件运行效率带来显著的影响。当CGG和纤维素质量比为0.15:0.85,乙醇浓度为50 wt.%时,器件的性能达到最佳。器件中CGG均匀分布,有效降低了等效蒸发焓并提高了水传输速率,等效蒸发焓降低至1004 J·g-1,水传输速率提高到0.26 g·min-1;在一倍太阳光照强度下,水蒸发速率为3.40 kg·m-2·h-1,太阳能光热-蒸汽转化效率为91.92%;器件对革兰氏阴性菌（大肠杆菌）和革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）都具有良好的抗菌性能,抑菌率分别达到90.23%和95.09%;对菌悬液也具有良好的净化功能,菌悬液净化后收集到的冷凝水吸光度大幅下降,呈澄清透明状态。（4）研究了温敏性材料甲基纤维素（MC）对双层MC/CGG/纤维素基水凝胶（BMGCH）太阳能蒸发器结构与性能的影响。结果表明,当MC/CGG/纤维素的质量比为0.10:0.09:0.81,乙醇浓度为50 wt.%时,该BMGCH太阳能蒸发器具有良好的光吸收、热管理、水传输和水蒸发性能。MC分子链上的疏水性甲氧基团影响了水吸收和传输性能,器件的饱和水含量为15.61·g-1,水传输速率为0.24 g·min-1,在一倍太阳光照强度下,水蒸发速率为3.13 kg·m-1·h-1,光热-蒸汽转化效率为82.85%;MC具有溶胶-凝胶性能,器件中的MC呈凝胶状态时,凝胶网络可以减少光的漫反射并提高光吸收率,有助于水的传输和蒸汽的逸出,器件中MC呈溶胶状态时,水凝胶内部水的流动性增加,内部的盐离子向水体扩散的速度提高;在一倍太阳光照强度下,器件在0.8 wt.%、3.5 wt.%、4.0 wt.%和10.0 wt.%的NaCl溶液中水蒸发速率分别3.18、3.13、3.08、3.04 kg·m-2·h-1,具有良好的耐盐性能;通过简单水洗方式除去器件内部的盐结晶后仍可用于海水淡化,且具有良好的循环稳定性;该器件在户外实验中也表现出良好的蒸发性能,5 h内产水量为10.60 L·m-2,具有实际应用前景。综上所述,纤维素基水凝胶太阳能蒸发器集光吸收、热管理、水传输和水蒸发为一体,并具有成本低、可扩展和可生物降解等优势,为大规模生产和可回收的太阳能蒸发器提供了理论基础。