[发明专利]一种具有光热转化功能的定向导水非织造材料及其制备方法

说明书

本发明涉及能源利用技术领域，尤其是涉及一种具有光热转化功能的定向导水非织造材料及其制备方法。定向导水非织造材料依次包括疏水层、亲水层和碳纳米管层；疏水层和亲水层均包括相互缠结分布的疏水纤维和亲水纤维；疏水层包括疏水面，亲水层包括亲水面；疏水纤维自疏水面至亲水面逐渐减少，亲水纤维自疏水面至亲水面逐渐增多；疏水纤维和亲水纤维的密度均小于水的密度。本发明将定向导水功能与光热转化性能相结合，实现了水分传输速率与水分蒸发速率的高效匹配。同时，附着在非织造材料亲水面的多壁碳纳米管赋予了该材料优异的吸光度，选择低导热系数以及低于水的密度的纤维使得该材料能永久浮于水面，并具有较低热量损耗，实现集中热能管理。

技术领域

本发明涉及能源利用技术领域，尤其是涉及一种具有光热转化功能的定向导水非织造材料及其制备方法。

背景技术

随着经济社会的高速发展，能源开发利用的同时也带来了严重的环境问题，可再生清洁能源的开发与使用备受关注。地球上最基本的可再生能源是太阳能，太阳能光热转换材料可以通过反射、吸收或其他方式把太阳辐射能集中起来，转换成热量，以满足后续的应用。目前，利用光热转化技术进行界面型水蒸发具有较高的应用前景，为海水淡化、污水净化等领域的发展提供了新的解决思路。

在界面型水蒸发系统中，等离子体纳米材料、氧化石墨烯、碳纳米管基材料、仿生材料以及聚合物水凝胶材料等光热转化材料直接浮于水面或者被附着在能浮于水面的基材上，吸收光能转化为热能，并将热量集中在气液界面处，更多的能量被用于界面处局部水的快速升温，在材料表面产生大量的蒸汽，实现较高的能量转化与利用效率。在水蒸发的过程中，主体部分的水温度几乎不发生变化，有效降低了热量的损耗。因此，界面型光热转化材料的研究主要集中在四个方面：高效的光能吸收、持续的水分传输、集中的热能管理和有效的水分蒸发。

有现有技术公开了一种光热蒸馏膜的制备方法及含有该光热蒸馏膜的高效太阳能脱盐装置。在该装置中，纤维纸被放入吡咯单体溶液中浸润处理得到高吸光度和高水稳定性的聚吡咯纤维纸，用于光热转化时，其与可发性聚乙烯泡沫组成了双层结构可以有效减少热损失。

另有现有技术公开了一种应用于太阳能蒸发水的生物炭/聚合物复合膜的制备方法。该复合膜内部为多孔中空结构，表面带有羟基、氨基和羧基官能团，使生物炭/聚合物复合膜表面带有亲水基团进行水分传输，并且具有优异的光热性能，能够高效的将太阳能转化为热能进行水蒸发。

另有现有技术公开了一种吸光隔热一体化光热蒸发材料及其制备方法和应用。其采用表面经亲水官能团修饰的垂直取向石墨烯作为吸光体，石墨烯泡沫作为隔热体，两者以共价键形式连接，克服了吸光体与隔热体易脱离的问题，以及液体渗入隔热体内部所引起的热损失问题，提高了局域加热系统的稳定性和光热转化效率，实现了快速高效的光热蒸发。

另有现有技术公开了一种基于CuInSe₂/MXene纳米复合材料的海水淡化结构。其包括光热转化层、输水层、支撑层和输水带。支撑层为泡沫材料，用于支撑光热转化层和输水层；输水层和输水带均为亲水材料，输水带用于将待淡化水体输送至输水层；光热转化层包括CuInSe₂/MXene纳米复合材料膜，用于吸收光能并将其转化为热能，以使待淡化水体升温蒸发。该海水淡化结构具有较宽泛的太阳光吸收范围，高效的光热转化性能和优良的局域热效应

上述现有技术中，前三个分别从不同角度开发界面型光热水蒸发系统，但均仅从某一单独切入点进行研究，未考虑综合性能。最后一项虽然设计了一个综合结构，但所述材料的水分传输依赖其亲水材料的亲水性能，未考虑到水分传输速度与水分蒸发速率的匹配问题，放置于水面进行光热蒸发时，由于材料的亲水特性易在表面形成薄水层，造成热量的损耗。因此急需开发一种具有光热转化功能的定向导水非织造材料。

发明内容