[发明专利]一种基于多孔复合材料的液态混合物蒸发分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体混合物分离方法，尤其是涉及一种基于多孔复合材料的液态混合物蒸发分离方法，属于复合材料的应用技术领域。

背景技术

蒸发在化工分馏中扮演着十分重要的角色。化工分馏往往需要抑制某些组分蒸发而加强另外某些组分的蒸发，而依靠蒸发过程进行分离纯化的能力比较有限。原因在于现有蒸发技术无法对溶液各组分的蒸发进行调控，也无法克服溶液的共沸实现共沸物的分离。而且传统分馏方法，需将整个体系加热至较高温度，热损失大，能量利用率极低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于多孔复合材料的液态混合物蒸发分离方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于多孔复合材料的液态混合物蒸发分离方法，该方法包括以下步骤：

(1)多孔光热转化复合材料的制备：使用多孔固体材料作为基体，将具有电磁波吸收特性的电磁波吸收颗粒复合在基体上；

(2)使用多孔光热转化复合材料进行液体蒸发：将多孔光热转化复合材料置于空气与液态混合物界面，入射电磁波被电磁波吸收颗粒吸收，并被转化为热量加热表层液态混合物，使液态混合物迅速汽化，实现高效率蒸发；多孔固体材料作为支撑基体的同时提供液态混合物补给通道，保证蒸发过程进行；

(3)通过改变多孔光热转化复合材料表面结构或化学性质实现控制液态混合物蒸发效率：使用表面物理化学处理技术，实现对多孔光热转化复合材料表面几何结构与化学性质的调节，从而实现对液态混合物蒸发过程中各组分蒸发量的控制，实现液态混合物的蒸发分离。

优选地，所述的多孔固体材料外形包括薄膜状、平板状、块状或柱状；所述的多孔固体材料孔隙率介于0％～100％之间；所述的多孔固体材料内部孔洞或孔道使多孔固体材料至少有两个相对面相连通；多孔固体材料的材质选自金属、合金、无机非金属、有机高分子中的一种或几种的复合材料；如带高分子涂层的金属材料，或表层为氧化物的金属材料；多孔固体材料有一定强度能作为整体复合材料的骨架与液体与蒸汽运动通道，也能起到一定的隔热保温作用。

优选地，所述的电磁波吸收颗粒为金属、合金或非金属无机物颗粒；将电磁波吸收颗粒复合在基体上的方法包括化学或物理吸附方法、如浸泡，浸渍，雾化喷涂，旋涂等，自组装后沉积方法，可以直接使用提拉法，两相界面自组装后转移到基体上等，或使用过滤、减压抽滤方法，用基体过滤含颗粒物的溶液。

优选地，所述的电磁波吸收颗粒分散在多孔固体材料基体中，或以连续膜的形式覆于基体表面，且电磁波吸收颗粒与基体具有一定的结合力，同时电磁波吸收颗粒仍保留有光热转化性质。

优选地，所述的液态混合物包括电解质溶液(如氯化钠溶液等)、非电解质溶液(如乙醇溶液等)、悬浊液或乳浊液，且所述的液态混合物与电磁波吸收颗粒能够直接接触。

优选地，步骤(2)中入射电磁波包括固定波长激光波、紫外光波、可见光波、红外光波或微波等，以一定的强度照射在电磁波吸收颗粒上而被吸收，吸收方式包括本征吸收与等离激元共振效应吸收中的一种或两种。

电磁波吸收颗粒将吸收的光能转化为热量表面温度迅速升高，由于多孔基体使电磁波吸收颗粒仅与液态混合物表层接触，同时多孔复合材料热导率较低，液态混合物得到获得绝大部分热量而蒸发，而离表层远的液态混合物基本没有获得热量仍保持在较低的温度；蒸发过程利用能量的效率高。在蒸发过程中，多孔固体材料与电磁波吸收颗粒能耐受颗粒产生的高温，保持一定的几何外形，不至于堵塞液体与蒸汽运动的通道。

优选地，步骤(3)中表面物理化学处理技术包括物理气相沉积、化学气相沉积、光刻、化学腐蚀、电化学腐蚀或化学官能团修饰中的一种或多种共同使用。对多孔光热转化复合材料表面几何结构的调节包括对多孔光热转化复合材料表面、孔道或孔隙内表面几何结构的调节，其尺度涵盖纳米～毫米量级；对多孔光热转化复合材料表面化学性质的调节包括对一种或多种液态混合物的润湿性进行调节，如亲水性，疏水性或亲油性等。

本发明对液态混合物蒸发过程各组分蒸发量的控制，其原因在于液态或相应气态的不同组分与经过表面处理的多孔复合材料的结合力存在较大差异，且多孔复合材料比表面积大，液态混合物不同组分在向蒸发层运动与汽化、脱离过程的速度差别被放大；也就是有些组分快速蒸发的同时，其它组分的蒸发得到抑制，从而达到了不同组分蒸发速率的控制，进而实现液态混合物的蒸发式分离。