[发明专利]一种光热转化高分子太阳能吸收材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米复合材料技术领域，具体涉及一种光热转化高分子太阳能吸收材料及其制备方法和应用。该方法的步骤包括：1)获取洁净、干燥的天然乳胶泡沫材料；2)将步骤1)的天然乳胶泡沫在吡咯溶液中浸泡，然后在冰浴条件下，向吡咯溶液中滴加过硫酸铵溶液，充分反应至溶液和天然乳胶泡沫均变成黑色，即得到所述的光热转化高分子太阳能吸收材料。得到的吸收材料置于水中，在光照下可进行太阳能水蒸发。

技术领域

本发明属于纳米复合材料技术领域，具体涉及一种光热转化高分子太阳能吸收材料及其制备方法和应用。

背景技术

21世纪，能源危机和环境污染等难题日益加剧，人类亟需加快清洁可再生资源的开发利用。而太阳能作为此类能源的代表，因为其近似无限的储备和清洁无污染的特点，在过去的几十年里受到了社会各行各业的广泛关注和热烈支持。但是，尽管如此，目前人类使用的能源中太阳能只占到了很小的比例。在开发新的太阳能利用途径，提升现有太阳能利用效率，降低太阳能转换成本和扩大太阳能转换规模等方面仍有巨大的发展空间和研发机遇。在一系列不断发展的技术中，太阳能蒸汽产生的光热转换已被证明是缓解水资源短缺的一项有希望的绿色战略。

光热转换是利用太阳辐射能量通过反射、吸收和转换到足够高的温度以满足不同负荷要求的有效手段。然而，目前的太阳能蒸汽产生的光热过程由于吸光能力弱和热损失大而导致效率低下。为了减少热损失，利用光学纳米流体的体积太阳能吸收方法实现了蒸发效率的适度提高。随后，提出了一种新的概念叫做“气-水界面太阳能加热”，即抑制散水热损失的新概念。利用界面加热的概念，光热纳米材料和蒸发系统的独特设计和应用已经投入了许多先进的设计和应用。作为一种基本的热过程，太阳能蒸汽不仅用于生产清洁水，而且还用于驱动世界各地大量各种应用的重要工业过程。例如，发电、灭菌、污水处理、油水分离、在海水里提取铀等各方面。这表明太阳能蒸汽产生技术在增加淡水和绿色能源产生方面具有巨大的潜力。在实际应用中，太阳能蒸发器处理真实水源(如海水，河水，污水，工业污染水，地下水，雨水，雪水)时的长期稳定性一直是一个重大的挑战。我们制备的光热转化高分子太阳能吸收材料通过利用天然乳胶床垫的边角料，废物利用，作为合成光热转化高分子太阳能吸收材料的基底，原位合成光热高分子聚吡咯，制得光热转化高分子太阳能吸收材料。制备过程简单，反应条件温和，制备成本低廉。该吸收材料具有优异的光吸收率、光热性能和耐物理化学性；孔隙率高，为水的传输提供了通道；低导热率，具有良好的热定位性能；在循环20次之后，蒸汽蒸发速率仍能保持稳定。因而，利用原位聚合的方法可以简单快速的制备一种高效率低成本的光热转化太阳能吸收材料是非常有意义的。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明从光热材料的稳定性能出发，提供一种光热转化高分子太阳能吸收材料及其制备方法和应用。天然乳胶泡沫的表面原位聚合聚吡咯制备光热转化高分子太阳能吸收材料，因为天然乳胶泡沫不仅具有丰富的孔隙，还具有优异的高弹性、宽带吸收、易制备以及成本低等优势。通过将光热高分子聚吡咯和天然乳胶泡沫相结合，制备稳定高效的一体化太阳能蒸发器。将其应用在海水淡化，水处理，产生太阳能蒸汽等方面。

本发明所提供的技术方案如下：

一种光热转化高分子太阳能吸收材料的制备方法，包括以下步骤：

1)获取洁净、干燥的天然乳胶泡沫材料；

2)在冰浴条件下，将步骤1)的天然乳胶泡沫在吡咯溶液中浸泡，然后向吡咯溶液中滴加过硫酸铵溶液，充分反应至溶液和天然乳胶泡沫均变成黑色，即得到所述的光热转化高分子太阳能吸收材料。

本发明人发现，聚吡咯可以直接生长在天然乳胶泡沫表面，不会脱落分离。

上述技术方案中，天然乳胶泡沫作为三维大孔聚合物泡沫材料，大孔直径在10-500μm之间，孔隙率为90-99％，具有优异的回弹性，其孔隙可作为水传输通道，耐物理和化学腐蚀性强，可重复使用。得到的吸收材料置于水中，在光照下进行太阳能水蒸发。