[发明专利]一种双层整体式光热转化材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种双层整体式光热转化材料的制备方法。先将原料水、壳聚糖、醋酸和交联剂按比例经低温冷冻和冷冻干燥得到垂直的孔道结构的壳聚糖基体；然后高温碳化得到原位碳化的壳聚糖气凝胶；降温干燥后，获得双层整体式光热转化材料。其架构采用整体式的壳聚糖/原位碳化双层结构，所述壳聚糖基体含有丰富的竖孔结构，高效的蒸发效率，较高的光热转换率，既能够实现常规太阳能蒸发器为上层吸收体相水并且提供充足水分的功能，同时可以借助原位碳化实现高效的蒸发功能。采用本发明的方法制备的水净化蒸发材料，工艺简单，成本低廉，性能优越，不仅能够有效的净化盐水，吸附水中的有害物质，还具有防污和抗盐的自清洁功能，有效提高水清洁度。

技术领域

本发明涉及太阳能光热转化领域，具体涉及一种一种双层整体式光热转化材料的制备方法。

背景技术

随着科技的发展与进步，人类的活动范围越来越广，生活水平越来越高，人们在自然中取得积极效果的同时自然也给人们带来的负面影响，自然环境和人们生活环境的日益恶化，淡水资源紧缺的问题变得更加突出。太阳能最为清洁的能源能否高效的用以产生清洁的水资源已经引起了广大学者的关注其中，良好的光热材料具有较广的吸光范围，光热转换效率高，成本低的特点成为了光热转化领域的研究热点，光热转换材料利用其优异的吸光性能极大的提高了太阳能的利用效率，也解决了传统烧煤用电来产生清洁水的问题。

太阳能蒸发器的吸光材料一般为等离子体或者纯炭黑材料。这种吸光材料由于价格昂贵，生产成本较高或者含水量不高导致蒸发效率低，要减少生产的成本而且保证较高的蒸发效率需采用低成本的生物材料。同时，壳聚糖具有生物降解性、生物相容性、无毒性、抑菌以及较高的亲水性的优点，但是壳聚糖材料本身吸光度低，导致其光热转换效率低、蒸发效率差，这限制了壳聚糖的应用。而碳化过后的壳聚糖具有较高的吸光度和光热转换效率，交联的壳聚糖同时具有较好的稳定性等优点。因此，双层整体式的壳聚糖/原位碳化基材可以结合两种材料的优点，能更好的充当功能性水净化过滤材料的基材。

另一方面，蒸发器的高效稳定性也持续受到了人们的关注。在实际的蒸发环境中存在不同的酸碱以及污水的环境，而这种条件将大大降低材料的使用周期，降低材料的蒸发效率。因此，高效的蒸发效率以及防污和抗盐功能的蒸发器已经成为大势所趋。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双层整体式光热转化材料的制备方法。一方面，这种方法将壳聚糖气凝胶和原位碳化的优点结合起来，使制备的复合气凝胶基材光热转换效率、耐久性和防污和抗盐的性能都得到极大地提高。另一方面，原位碳化技术的引入也赋予了蒸发器蒸发效率高、生产成本低、稳定性高等优良特性。这种材料能够满足当代社会对水净化的问题。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种双层整体式光热转化材料的制备方法，其具体步骤如下：

a)制备基材：将原料水、壳聚糖、醋酸和交联剂按照重量比为(80-100)：(3-5)：1：(0.03-0.4)的比例经低温冷冻和冷冻干燥工艺得到垂直的孔道结构的壳聚糖基体；

b)高温碳化：将得到的壳聚糖基体放置在300-400℃的高温钢板上10-30分钟，得到原位碳化的壳聚糖气凝胶；

c)烘燥：将原位碳化的壳聚糖气凝胶降温干燥后，获得双层整体式光热转化材料。

优选所述的交联剂为直链脂肪族C5-C10含有醛基、环氧基或酯基化合物中的一种。更优选所述的交联剂为戊二醛、环氧氯丙烷、N-羟基琥珀酰亚胺或京尼平。

上述的壳聚糖为虾蟹等海洋节肢动物的甲壳、昆虫的甲壳、菌类、藻类细胞膜或高等植物的细胞壁中提取的甲壳素的一种。市场有售。壳聚糖的生物相容性好，价格低廉等优点。

优选所述的冷冻干燥的干燥的温度为-50～-30℃；冷冻干燥时间为48-120h；真空度为0.01～1mbar。

优选所述的低温冷冻的冷源为液氮、液氧、干冰或液化一氧化氮的一种；低温冷冻时间为1-4h。