[发明专利]凹凸棒基光热转化膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及凹凸棒基光热转化膜及其制备方法和应用。本发明的凹凸棒基光热转化膜含有凹凸棒/碳复合材料，其通过将凹凸棒作为交联点掺杂到聚合物中，经反应聚合后冷冻干燥，再进一步碳化得到。本发明的凹凸棒基光热转化膜有很大的水汽运输通道和光吸收面积，能够高效转化太阳能。本发明以凹凸棒为原料制备太阳能光热转化膜不仅绿色、无毒、环保，而且可以很大程度上降低生产成本，提高凹凸棒使用的附加值。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及凹凸棒基光热转化材料领域。

背景技术

水资源与人类的生活息息相关，是支撑经济发展与社会进步的重要支柱。人类生活的衣食住行及工业中化石燃料的燃烧、发电等每一个环节都离不开水。随着经济的快速发展，一方面工业废水的排放与全球气候的变暖使淡水资源越来越匮乏；另一方面由于人口的增长与生活质量的提高，人们对淡水的需求量也越来越大。近年来，海水净化吸引了越来越多的研究者，利用绿色无污染的太阳能净化污水及淡化海水已成为研究的热点。太阳能净化水的核心是太阳能蒸发装置，该装置可以把太阳能转化为热能，蒸发装置中的水可以利用这部分热量蒸发，蒸发掉的水分会在系统中冷凝从而达到净水的目的。在传统的太阳能净水装置中，有大量的能量用来提高水的显热从而降低了能量利用率。太阳能光吸收器作为新一代太阳能净水装置的核心部件，其工作的基本原理是通过特制太阳能采光面，将投射到该面上的太阳辐射能最大限度地采集和吸收，并转化为热能，通过加热水或其他介质，为工业的生产或人们的生活提供所需热能。最近几年来，研究者利用薄膜来进行太阳能海水蒸发，把能将太阳能转化成热能的薄膜放到气液两相的界面上，只加热与薄膜接触的界面水，从而减少内部水分对能量的损失。何玉荣等人以无机物AgNO₃及有机物Ti(OC₄H₉)₄等为原料制备的Ag@TiO₂纳米颗粒膜在5个太阳下能量利用率为52.7％；曲良体等人以石墨烯为原料，通过反冷冻-冷冻干燥法制备的光吸收器在1个太阳下能量利用率可达到86.5％。在已报到的文献中，膜及金属颗粒物等价格昂贵，技术要求高。低成本、稳定性能好及制备过程简单成为光吸收器能否被广泛应用的关键。

凹凸棒黏土简称凹土(attapulgite，ATP)，又名坡缕石(palygorskite)，是一种层链状过渡结构的以含水富镁硅酸盐为主的黏土矿物，无毒、无味、无刺激性，储量丰富，价廉易得，具有十分广阔的应用前景，素有“千面用土”之称。就国内而言，1982年关于凹凸棒在油钻井中应用是国内有关凹凸棒应用的早期报道；1984年，凹凸棒应用于油脂脱色；后期研究表明凹凸棒有糖浆脱色和脱色吸附性能。1988年凹凸棒在涂料、动物养殖、吸附有机物中的研究大量涌现；1989年，凹凸棒在净化水(主要是吸附重金属和吸附降解有机物)、电池中的应用开始被报道；1991年，开始有了关于凹凸棒作为催化剂、化肥、电焊条、吸附气体、植物栽培、农药及复合材料中的报道；1992年，提出凹凸棒在除臭剂中的应用；1994年，凹凸棒在分子筛、电泳漆中的应用开始被报道；2002年凹凸棒在医学中开始发挥作用；2015年以后，关于三维凹凸棒材料、凹凸棒膜材料的研究开始出现。

发明内容

本发明人曾经研究制备三维凹凸棒疏水材料(《三维凹凸棒疏水材料的制备及其吸附性能》，非金属矿，2015年第38卷第2期)和凹凸棒土多孔吸附材料(《乙烯基三乙氧基硅烷改性凹凸棒土多孔亲油材料的制备及吸附性能》，非金属矿，2013年第36卷第5期)，但由于微观结构呈蜂窝状，主要用作吸附。在凹凸棒的研究领域，有人曾将凹凸棒用于太阳能净水，但制备出的材料为颗粒状，该颗粒的密度比水的密度大，在太阳能净化水的过程中，有很大部分的能量被水吸收变成潜热，降低了太阳能转化率也不利于凹凸棒材料的合理应用。

本发明人为解决上述技术问题，发现以凹凸棒为原料制备出具备膜结构的多孔光热转化材料，有较大的吸收太阳能面积，可有效提高光热转化效率。

具体来说，本发明提出了如下技术方案：

本发明提供了一种凹凸棒基光热转化膜，所述膜含有凹凸棒/碳复合材料。