[发明专利]一种光热海水淡化用的多级异质结构膜及制备方法

说明书

本发明公开了一种光热海水淡化用的多级异质结构膜及制备方法，它是以多孔金属网为基底，通过化学气相沉积法制备多孔金属—碳纳米管薄膜；然后通过水热合成方法在多孔金属薄膜表面生长硫化物Ni₃S₂，形成多孔金属/碳纳米管/Ni₃S₂异质结构膜。本发明金属网以宏观上的孔作为水的传输通道，在金属网上制备纳米碳管后，由于纳米碳管比较细，根据流体力学中的总流连续性方程：V₁A₁＝C,其中V是流速，A是管道横截面积，C是常数，管道越细，横截面积A越小，管道中的液体流速V就越大，液体流动的就越快，相当于增加了水的传输通道，在纳米碳管上生长的Ni₃S₂异质层有优异的光吸收能力，加大了海水的蒸发。

技术领域

本发明涉及一种光热海水淡化用的多级异质结构膜及制备方法，属于材料合成、制备领域。具体来讲就是公开了一种利用化学气相沉积方法在多孔金属上制备碳纳米管材料，然后利用水热合成方法将Ni₃S₂光热转化、催化净化层制备于多孔金属/碳纳米管薄膜上，将多孔金属/碳纳米管/Ni₃S₂异质结构薄膜置于海水表面后，通过光热转化、催化净化层的升温作用使膜表面海水蒸发、并使有机物分解，从而达到淡化、净化海水的目的。该发明将化学气相沉积与水热合成相结合，制备多孔金属/碳纳米管/Ni₃S₂异质结构薄膜，改变气相沉积的反应温度和水热反应时间，可以获得不同管径、阵列的碳纳米管和硫化物Ni₃S₂，以便根据实际需要结合多孔金属形成异质结构，实现光热转化及海水淡化多功能应用。

背景技术

随着全球淡水资源短缺，海水淡化已成为获得淡水资源的重要手段之一。常规的海水淡化能耗高、成本高、效率低，同时也加剧了能源紧缺的情况。因此，利用太阳能等可再生清洁能源进行海水淡化将成为重要的发展方向。

中国专利申请号：202010183922.6公开了一种用于光热海水淡化的自清洁光吸收媒质及制备方法，具有高效自清洁的光吸收媒质藉由聚合物泡沫表面的微米级多孔结构使表面光吸收涂层具有更大比表面积，获得最大的光吸收效率(90％)及更高的光热海水淡化效率，解决了传统光热媒质表面盐分析出而导致光热蒸发无法持续的难题。

专利申请号：202010011966.0公开了一种具有中空结构的太阳能蒸发器及其制备方法和应用，此太阳能蒸发器内部为中空结构，外部壳层可具有凸起状的蒸发表面，相比于平面蒸发器而言，单位面积下具有更大的蒸发面积，有利于太阳能的吸收。蒸发器形态结构稳定，可长期使用。

专利申请号：202010728027.8公开了一种极端耐受的碳纳米管水凝胶其制备方法与应用。该发明的碳纳米管水凝胶具有超快的水传输特性，具有较高的电导率，对酸、碱、盐、有机等环境表现出优异的耐受能力，并且在大程度压缩下仍能可逆恢复，这些特性使得碳纳米管水凝胶在创伤性伤口愈合、应急止血带、生物载药、水环境处理、海水淡化、新能源器件等领域具有较好的应用前景。

专利申请号：201910804891.9公开了一种多级结构的光热海水淡化材料及其制备方法和用途，是在多孔金属泡沫材料上，通过等离子增强化学气相淀积法(简称PECVD)沉积纳米C材料，然后通过溶剂热反应合成具有等离子共振效应的WO_3-x，制得C/WO_3-x异质结构作为吸光材料。吸光体C/WO_3-x异质结构具有很强的光吸收能力及光热转换能力，有利于及时的将吸收的光能转换成热能用于海水淡化，在水蒸发过程中水分不会到达吸光体表面而造成盐分堆积，不会因为盐分堆积而损害材料，材料的寿命长。