[发明专利]一种三维海绵基光热转化材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种三维海绵基光热转化材料的制备方法，该材料将商业化碳素墨水中碳黑颗粒通过超声负载沉积在海绵骨架表面，制备方法简单、成本价格低廉、获得了一种光谱响应范围广、光热转换效率高、亲水性强的光热转化材料，易于大规模生产及广泛应用，丰富了现有光热材料的领域，填补了该技术领域的空白；同时，利用这种海绵基复合材料制成简单高效的蒸汽发生及污水处理装置，可满足边远地区或者贫困地区对于快速获得纯净水的要求，为太阳能光热利用提供一种新的应用方式。

技术领域：

本发明涉及光热转化材料技术领域，具体涉及一种三维海绵基光热转化材料的制备方法及其应用。

背景技术：

近年来，科学家们提出了太阳能水蒸发的新型太阳能热利用技术，通过各种途径以提高太阳能水蒸发系统的光热转化效率：(1)利用具有优异的太阳光吸收能力及光热转化能力的光热转化材料；(2)通过材料结构设计，减少光热转化材料自身的漫反射；(3)通过设计系统的热管理，减少光热转化材料与环境间的热损失。经过科学家的不断努力，太阳能水蒸发系统的光热转化效率已接近二维光热材料的蒸汽产生速率的理论上限。最近，一些研究小组提出通过维持光热转化材料在较低温度，使其从具有较高温度的环境中获得能量，可得到接近100％的光热转化效率。虽然，目前在该领域中，光热转化效率方面得到很大的提升，但在实际的太阳能水蒸发应用中，在单位受光面积下，蒸汽产生速率比系统的光热转化效率具有更重要的意义。根据经典的液体蒸发理论，液体蒸发速率与液体的温度、环境的风速及液体的蒸发面积有关。然而，利用三维立体多面蒸发方法以加快液体蒸发的方法却鲜有报道。

常见的光热转化材料有四种，即贵金属纳米粒子、半导体纳米材料、导电有机材料和碳基材料。同时，研究人员提出了几种光热转化材料的先进制备方法，如3D打印、化学气相沉积、冷冻干燥、脉冲激光沉积等，然而由于这些方法昂贵且复杂，阻碍了其在实际应用中的使用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种三维海绵基光热转化材料的制备方法及其应用，将商业化碳素墨水中碳黑颗粒通过超声负载沉积在海绵骨架表面，制备方法简单、成本价格低廉、获得了一种光谱响应范围广、光热转换效率高、亲水性强的光热转化材料，易于大规模生产及广泛应用，丰富了现有光热材料的领域，填补了该技术领域的空白；同时，利用这种海绵基复合材料制成简单高效的蒸汽发生及污水处理装置，可满足边远地区或者贫困地区对于快速获得纯净水的要求，为太阳能光热利用提供一种新的应用方式。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种三维海绵基光热转化材料的制备方法，该材料以海绵为载体，添加物为碳素墨水中的碳黑颗粒，该材料的制备方法包括以下步骤：

1)将海绵放进碳素墨水中，然后进行超声沉积3–5min得到负载了碳黑颗粒的海绵；超声功率为60％–100％；

2)步骤1)得到的负载了碳黑颗粒的海绵60–80℃真空烘干得到烘干后的材料；

3)步骤2)得到的烘干后的材料，放进去离子水中，利用镊子对其进行挤压，除去过量的碳黑颗粒；然后放进去离子水中进行超声脱除1–2min，超声功率为60％–100％，再次60–80℃真空烘干，得到目标三维海绵基光热转化材料。

本发明还保护所述三维海绵基光热转化材料的应用，用于太阳能光热蒸汽转化，用于污水处理、海水淡化。

所述三维海绵基光热转化材料的应用，用于太阳能光热蒸汽转化，包括以下步骤：所述三维海绵基光热转化材料，放置于基于表面局域光热转换的蒸汽发生装置中进行太阳能光热蒸汽转化；所述基于表面局域光热转换的蒸汽发生装置由下而上包括盛水容器和固定在盛水容器上方的泡沫隔热层，泡沫隔热层内部挖有一上下贯通的孔洞，泡沫隔热层上方为光热转化材料层；此外，还包括输水通道，所述输水通道下端浸没在盛水容器液面以下且输水通道上端贯穿泡沫隔热层连通光热转化材料层，为光热转化材料层提供水分；盛水容器中盛有蒸馏水；所述光热转化材料层的光热转化材料为本发明三维海绵基光热转化材料。