[发明专利]碳膜及其在光热转换中的应用

说明书

本发明公开碳膜及其在光热转换中的应用，将纸在惰性保护气氛中进行升温碳化，以得到碳基光热转化薄膜。通过EDS判断经过碳化后薄膜的全部成分为碳元素，碳化后纸由吸水性，转变为明显疏水性，且作为碳基光热转化薄膜时，表现出优良的性能。

技术领域

本发明涉及光热转换材料技术领域，更加具体地说，是关于碳膜及其在光热转换中的应用。

背景技术

在自然界中，水蒸发是地球水循环的重要组成部分。太阳的辐射是水转化为水蒸气重要推动力。因为水转化为水蒸气是一个吸热的过程，太阳能正是水汽转化的热量源泉。在自然界中，太阳光照射到山河湖泊的表面，直接对水体进行加热，加快水分子的运动增加水分子从液气表面溢出的速度，从而形成光致水蒸发的过程。这种过程被人类发现并利用，在人类进化的过程中利用太阳能蒸馏获取可饮用淡水维持生命。随着现代工业的快速发展，我们面临着越来越严重的水污染问题。利用太阳能高效处理海水和工业废水产生清洁水是解决水资源短缺问题的一条很有前途的途径。然而，自然的水蒸发并不能满足特定环境的太阳能蒸馏获取淡水的需求。蒸发其实是发生在液气表面的一个过程。自然界中太阳对水进行加温蒸发，是对水的整体进行加热，如果能够局部提高太阳光对液气表面水层的加温，将更有利于加快水转化为水蒸气。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种一步法进行制备，将纤维素薄膜直接碳化形成一体性的碳膜材料，构建碳基光热转换体系，实现将光热材料整体化，一步化生产碳基光热转换体系的方法，充分利用现有的纸张进行深度加工和开发。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

碳基光热转化薄膜的制备装置设备，包括内管和外管，在内管外表面和外管内表面之间设置支撑部件，以使内管和外管同轴设置形成套筒结构，纸巾设置在内管的外表面上，即上述制备装置设备在碳基光热转化薄膜的制备中的应用。

进一步说，支撑部件设置在内管的两端，纸巾设置在两端支撑部件之间的内管外表面上。

进一步说，支撑部件沿着圆周方向均匀分布，优选2—6个。

进一步说，支撑部件为金属支架，外管和内管选择石英管。

一种碳基光热转化薄膜及其制备方法，将纸巾置于惰性保护气体中进行碳化，自室温20—25摄氏度以每分钟1-5摄氏度的速度升温至400—450摄氏度并保温1—5h，再以每分钟1-5摄氏度的速度升温至800—850摄氏度并保温1—5h，经碳化后随炉冷却至室温20—25摄氏度。

优选的，自室温20—25摄氏度以每分钟1-3摄氏度的速度升温至400—430摄氏度并保温1—2h，再以每分钟1-3摄氏度的速度升温至800—820摄氏度并保温1—2h，经碳化后随炉冷却至室温20—25摄氏度。

具体来说，使用碳基光热转化薄膜的制备装置设备，鉴于内管和外管形成套管结构，采用连续通入惰性保护气体的方式以使纸巾始终完全浸入惰性保护气体氛围中进行碳化。具体到实验中，取长度30厘米直径3厘米的石英管，将五月花手帕纸绕在石英管(即内管)上，将石英管的两端用金属支架支撑起来，再将这个整体放入到管式炉中(管式炉内径5.4cm)，管式炉的石英管(即外管)与绕有手帕纸的石英管(即内管)要构成管中心在一条线的双层管结构(即同轴套管结构)，再将管式炉密封，并且通入惰性保护气体排出空气和氧气后，升温进行碳化。

碳膜在光热转换中的应用，更加能够促进水的蒸发。

在一倍太阳光照强度时一小时的时候的水的蒸发速率达到1.01千克每平方米每小时，二倍时是2.33，三倍时是4.45；在一倍太阳光照强度时一小时的水的蒸发量达到0.82千克每平方米，二倍时是1.83，三倍时是3.54。