[发明专利]一种发电与净水生产一体功能区的制备方法

说明书

本发明提供一种发电与净水生产一体功能区的制备方法，将垂直取向的羧基化石墨烯/氧化铝纳米纤维复合膜阵列部分还原，并在上部通道填充铝颗粒，在下部通道复合氨基化细菌纤维素，获得发电与净水生产一体功能区。本发明所述方法制备的功能区能够依靠水蒸发导致的水流定向移动自发产生电能，铝颗粒利用等离激元效应达到更快速蒸发的效果，复合膜阵列上部的石墨烯/氧化铝纳米纤维复合膜阵列有效的提高蒸馏效率，缩短蒸馏时长，复合膜阵列下部的羧基化石墨烯/氧化铝纳米纤维复合膜阵列用于汲取水流及牢牢抓住水面，具备了防风浪与湍流的能力。

技术领域

本发明涉及水伏材料与净水生产材料制备领域，尤其是一种发电与净水生产一体功能区的制备方法。

背景技术

现代入的生活中，最让人感到着急的便是“停水了”、“停电了”，随着全球人口数量增加、水污染问题日益严重和地下水的过度开采，水资源缺乏已成为人类社会面临的主要危机之一。有预测称，到了2025年，世界上将有半数的国家面临淡水资源紧张的严峻形势，而到2050年，世界上75％的人口将面临水资源短缺的困境。水是生命之源，也是社会经济发展与社会进步的物质基础。然而我国水资源匮乏，是世界十三个最缺水的国家之一。水污染严重是造成我国水资源匮乏的主要原因之一。其中，工业废水、城市生活污水、农业污染、城市垃圾等是造成我国水资源污染的主要原因。导致无论是城市还是农村区域的自然河流，其中的水已经没有人直接去饮用。所以，研制有效处理污水的新方法或新型材料与新器件将对解决我国水资源问题具有重大意义。

水与能量密切相关，维持着地球系统的能量循环，生物体的温度平衡，是天然的吸能器、储能器、换能器和传能器。太阳辐射到达地表能量的近70％被水吸收，水在地球上动态吸纳释放能量的年平均功率高达60万亿千瓦，比全人类年平均能量消耗功率高出3个数量级。水以热能、动能的形式存储所吸收的热量，更以蒸发、凝结、形云布雨、兴风作浪的形式，把存储的太阳能转化成机械能等多种形式的能量。传统的水能利用模式受自然条件的限制大，容易被地形、气候等外部因素所影响，大型设施设备的建造和使用容易导致生态破坏和成本提升。纳米材料具有显著的量子效应和表面效应，可与各种形式的水发生耦合而输出显著的电信号，如石墨烯可通过双电层的边界运动将拖动和下落水滴的能量直接转化为电能、也可将海水波动能转化为电能。碳黑等纳米结构材料可通过大气环境下无所不在的水的自然蒸发，持续产生伏级的电能。这类直接转化水能为电能的现象称为“水伏效应”。水伏效应为全链条式捕获地球水循环的水能开辟了全新的方向，提升了水能利用能力。水伏效应的研究刚刚起步，需要开发应用环境多样化、能量转化高效、发电成本低廉的新型水伏材料与器件。

发明内容

铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。铝颗粒利用等离激元效应吸收光照加热水，不同于传统的体加热，可以在铝颗粒的周围产生局域的高温，加热溶液产生蒸汽，达到更快速蒸发的效果。石墨烯可通过双电层理论和电动理论描述的机制捕获雨水、水流、波浪等液态水能，如波动生电、射流生电、液滴生电、蒸发生电、湿度生电等。铝是活泼金属，在干燥空气中铝的表面立即形成透明的致密氧化膜，使铝不会进一步氧化并能耐水。氧化铝有较好的耐热稳定性和良好的耐化学腐蚀性能，氧化铝纳米颗粒在水溶液中表面会形成羟基，使表面带有丰富的正电荷。有水从孔隙通道中流过时，孔道表面将会带有丰富的正电荷，因此在致密氧化膜表面将会形成双电层，在流动液体的带动下，阴离子将会在水流方向富集，形成离子浓度差，进而产生流动电压和流动电流。

本发明采用如下技术方案：

一种发电与净水生产一体功能区的制备方法，包括如下步骤：

(1)将羧基化石墨烯分散液和氧化铝纳米纤维分散液混合得到混合液，将所述混合液置入预定容器中，并将所述预定容器的底部与冷源接触进行方向自下而上的定向冷冻，得到垂直取向的羧基化石墨烯/氧化铝纳米纤维复合膜阵列，对垂直取向羧基化石墨烯/氧化铝纳米纤维复合膜阵列进行冷冻干燥；