[发明专利]石墨烯太阳能水清洁泡沫及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了石墨烯太阳能水清洁泡沫及其制备方法和用途。该制备石墨烯太阳能水清洁泡沫的方法包括：(1)将石墨粉进行氧化剥离处理，以便得到氧化石墨烯水溶液；(2)将所述氧化石墨烯水溶液与低凝固点溶剂混合，以便得到混合溶液；(3)将所述混合溶液进行冷冻干燥处理，以便得到大规模氧化石墨烯泡沫；以及(4)将所述氧化石墨烯泡沫进行还原处理，以便得到所述石墨烯太阳能水清洁泡沫。该石墨烯太阳能水清洁泡沫的制备方法简单，该石墨烯太阳能水清洁泡沫可以利用太阳光辐射将污水中的水分蒸发，制备得到的水符合饮用水标准，其中离子去除率不低于99.5％、细菌去除率不低于99.9％。

技术领域

本发明涉及功能材料领域，具体而言，本发明涉及石墨烯太阳能水清洁泡沫及其制备方法和用途。

背景技术

太阳能作为清洁能源在作物生长、能量转化以及人类生产生活中发挥着不可替代的作用，对太阳能的利用具有重大的社会经济价值。特别是利用太阳能在材料上转化为热量，能够极大的加速水分的蒸发，实现从海水等水体中获得淡水资源。目前此类材料有，金属复合膜、高分子复合膜、以及多种不同材料的组合材料等。而这些材料体积密度大，使得其单位质量材料的水清洁能力不足，并且在一些特殊环境(例如酸性、碱性、有机物、重金属污水等)中容易收到破坏。

石墨烯是一种单原子厚度二维平面结构材料，其具有高的比表面积、优异的电导率、稳定的结构以及良好的光热作用，被广泛应用在能源存储与转化、传感器件等，表现出了巨大的潜在应用价值。

然而，石墨烯在污水净化处理方面的应用仍有待进一步研究。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出石墨烯太阳能水清洁泡沫及其制备方法和用途。该石墨烯太阳能水清洁泡沫的制备方法简单，该石墨烯太阳能水清洁泡沫可以利用太阳光辐射将污水中的水分蒸发，制备得到的水符合饮用水标准，其中离子去除率不低于99.5％、细菌去除率不低于99.9％。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种制备石墨烯太阳能水清洁泡沫的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将石墨粉进行氧化剥离处理，以便得到氧化石墨烯水溶液；(2)将所述氧化石墨烯水溶液与低凝固点溶剂混合，以便得到混合溶液；(3)将所述混合溶液进行冷冻干燥处理，以便得到氧化石墨烯泡沫；以及(4)将所述氧化石墨烯泡沫进行还原处理，以便得到所述石墨烯太阳能水清洁泡沫。

由此，根据本发明实施例的制备石墨烯太阳能水清洁泡沫的方法制备得到的石墨烯太阳能水清洁泡沫，在全波段太阳光谱(250–2500nm)的吸收率不低于99％，具有更高的光热转化效率和更低的热导率，能够更好地将太阳光辐射能转化为热量，进而将该石墨烯太阳能水清洁泡沫应用在污水净化处理中，制备得到的水能够达到世界卫生组织和美国环境保护署规定的饮用水标准，其中离子去除率不低于99.5％，细菌去除率不低于99.9％。同时，该制备石墨烯太阳能水清洁泡沫的方法简单易行，合成技术成熟，可大批量生产。

另外，根据本发明上述实施例的制备石墨烯太阳能水清洁泡沫的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述石墨粉的粒径为800～12000目，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为2～20mg·mL^-1。

在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，所述低凝固点溶剂为选自甲醇、乙醇、丙醇和丙酮中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，所述低凝固点溶剂与所述氧化石墨烯水溶液的体积比为1:(50～200)。

在本发明的一些实施例中，步骤(3)中，所述冷冻干燥处理进一步包括：将所述混合溶液冷冻成块后，置于冷冻干燥机中冷冻干燥12～72h。

在本发明的一些实施例中，步骤(4)中，所述还原处理可以采用高温加热还原法、激光照射还原法或还原性试剂熏蒸还原法。