[发明专利]能高效处理盐水和废水的三维光热转换材料及装置和方法

说明书

本发明公开了一种能高效处理盐水和废水的三维光热转换材料及装置和方法，制备方法为：将氧化石墨烯溶液的pH调节为7～13，得到溶液A；配置聚合物电解质溶液，得到溶液B；以溶液A：溶液B为3:1～3:12的浓度比，将溶液B逐滴滴加至溶液A中，得到带电氧化石墨烯复合物溶液；将经前处理后洁净干燥的三聚氰胺泡沫浸入带电氧化石墨烯复合物溶液中，使其充分吸收带电氧化石墨烯复合物溶液；将吸附饱和的三聚氰胺泡沫置于60～200℃的烘箱中热处理6～24小时，清洗干燥后得到三维光热转换材料。本发明的材料光热转换率高，性能稳定性好，弹性好易裁剪，可多次循环使用，且制备流程简单，合成成本低，适用范围广，可用于低到高浓度的海水淡化及复合污染水体的净化等。

技术领域

本发明属于海水淡化和污水净化领域，具体涉及一种能高效处理盐水和废水的三维光热转换材料及装置和方法。

背景技术

随着人口的增长和社会的发展，能源的短缺和水资源的匮乏问题严重威胁人类的生存和发展。太阳能蒸发技术能够以可持续的太阳光为驱动力，借助光热转化体这一核心部件，以其转化的热能实现高效的水蒸发。近年来，已报道了多种光热转化体，例如以等离子体共振为发热原理的贵金属，以光生载流子复合产生热为原理的半导体和以分子骨架振动、转动为产热机理的碳质材料等。然而，贵金属光热转化体对光的吸收范围难以调控且成本较高，提高半导体光热转化体需要精细复杂的调控技术。基于此，碳质材料成为当前最具潜力的光热转化体。

海水淡化是当前光热转化的重要应用领域。

目前限制碳质材料用于高效海水淡化的瓶颈在于，随着海水淡化的持续进行，氯化钠等盐分易形成结晶在光吸收体表面析出，影响其对光能的吸收，进而大大降低其光热转化效率。因此迫切需要一种高效可行的策略赋予光吸收体优异的抗盐结晶特性。

已有研究表明，亲水光吸收能够迅速溶解、稀释由于蒸发富集在吸收体表面的盐离子，但是由于光吸收体亲水，大量转化的热量会被周围的水分带走通过传导、对流等形式散失到体相水和材料空隙中。为此，需要设置一种可行的方法减少此部分能量的散失。

公告号为CN 109603596 A的发明专利，公开了“一种金属有机框架材料光热海水淡化膜”，该发明中光热转化体由光热转化层、阻盐层、浮力层三层构成，具有很好的光热转化速率和海水淡化性能，材料稳定性好。然而，发明中所述的光热转化体厚度太小，难以阻止界面产生热量的传导散失，这会使光热转化效率不高，且金属有机框架制备流程复杂，成本较高。

公告号为CN 107739066 A的发明专利，公开了“用于海水淡化及净水处理的石墨烯光热转化材料制备方法”，该发明将石墨烯粉体、链状分子结构的聚合物、溶剂三种原料制成浆料、烘干、高温热处理得到了一种具有良好机械强度的光热转化材料，经过高温碳化，此材料具有良好的光热转化性能，聚合物泡沫的多孔结构具有优异的吸水性能，将此种光热应用于海水淡化，其具有优异的光热蒸水效率。此种光热转化材料适用于海水的快速蒸馏淡化。然而，此种光热转化材料合成过程需要大量能量输入，不符合可持续发展的基本要求，并且没有考虑对高浓度盐水的淡化处理。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种能高效处理盐水和废水的三维光热转换材料及装置和方法。该三维光热转换材料兼顾高效光热转化效率及对高浓度盐溶液的处理能力，一方面，其丰富、相互连通的热绝缘多孔网络有利于水分的分布和蒸汽的输送、有效减少热量的损失，从而实现高效的光热转化；另一方面，对其表面进行改性，可以适用于低浓度到高浓度海水及污水处理。此外，以商业三聚氰胺为光热转化材料的支撑体，能够极大地减少氧化石墨烯的用量，降低材料制备成本。同时，制备过程简单，无需高温处理，环境友好。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种能高效处理盐水和废水的三维光热转换材料的制备方法，其具体如下：

S1：将氧化石墨烯溶液的pH调节为7～13，得到溶液A；配置聚合物电解质溶液，得到溶液B；