[发明专利]一种基于太阳能界面蒸发的低成本光热材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于太阳能界面蒸发的低成本光热材料及其制备方法，制备方法如下步骤进行：1）将蜜胺泡棉浸入苯胺溶液中，然后加入氧化剂溶液反应后，将蜜胺泡棉取出，洗涤、干燥，制得聚苯胺/蜜胺泡棉复合结构，将其标记为PMF；2）将直链烷基酸、纳米二氧化钛加入低级醇中，然后将PMF浸入至所述含钛混合液中进行反应后，将PMF取出，洗涤、干燥，即制备完成。本发明创新性的利用了直链烷基酸、二氧化钛、蜜胺泡棉及聚苯胺自组装特性，锚定TiO₂纳米颗粒，实现了表层微纳结构的构建，具有高效的蒸发速率、光热转换性能和降解染料性能，在一个太阳光下其蒸发速率高达2.346kg·m^‑2·h^‑1，光热转换效率能高达128.38%。

技术领域

本发明属于水处理和表面功能改性领域，特别涉及一种基于太阳能界面蒸发的低成本光热材料及其制备方法。

背景技术

我国水资源短缺，人均水资源量仅为世界平均水平的1/4，淡水资源短缺是目前急需解决的问题。海水淡化和污水净化是解决水资源短缺的两种有效方法。目前主要通过反渗透、多级闪蒸和低温多效蒸馏等方法获得清洁水，但是这些方法需要消耗大量燃料和电力，因此，我们迫切需要开发一种低成本、绿色可持续的新技术。太阳能作为一种绿色的可再生能源越来越受到国内外专家学者的关注，基于太阳能的界面蒸发技术也逐渐发展起来。

太阳能界面蒸发技术是利用吸光材料吸收太阳光并将其转换为热用于加热空气-液体界面的水，使水以水蒸气的形式跑出。相对于传统的加热方式，界面蒸发具有更快的响应速度、更高的蒸发效率，能够快速产生大量蒸汽。目前，界面蒸发技术主要用于海水淡化、蒸馏以及太阳能发电等领域。但是在太阳能光热淡化过程中，表面和内部可能会生成盐和微生物等污染物，其严重的限制供水、损害光热材料对光的吸收、堵塞孔道从而导致蒸汽转换率下降。特别对废水而言，不可避免地涉及复杂的生物地球化学环境和复杂的成分，这增加了净化的难度。

中国专利CN111170393A公开了一种具有中空结构的太阳能蒸发器及其制备，该方法通过水热反应形成空心凸起状的太阳能蒸发器，但其蒸发率仅为1.476kg·m^-2·h^-1，蒸发效率仅为92.9％，性能有待提高。中国专利CN111282443A公开了一种用于太阳能界面蒸发海水淡化的膜材料及其制备方法，该方法通过静电纺丝技术制备PAA纳米纤维膜，再亚胺化得到PI纳米纤维膜，最后用激光烧蚀技术得到多孔蓬松的石墨纤维，该方法制备过程复杂且在一个太阳光照下蒸发率仅为1.595kg·m^-2·h^-1，性能有待提高。

在此，本申请提出一种制备方法简单、成本低廉、具有高吸光率、蒸发率和光热转换效率的用于太阳能界面蒸发废水处理的光热材料及其制备方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种制备方法简单、成本低廉、具有高吸光率、蒸发率和光热转换效率的用于太阳能界面蒸发废水处理的光热材料及其制备方法。

所述的一种基于太阳能界面蒸发的低成本光热材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)配制溶液：苯胺用盐酸溶解均匀，配制苯胺溶液备用；氧化剂用盐酸溶解均匀，配制氧化剂溶液备用；

2)生长聚苯胺：将蜜胺泡棉加入到新鲜配制的苯胺溶液中，蜜胺泡棉将苯胺溶液完全吸附后，再加入新鲜配制的氧化剂溶液，氧化剂溶液浸入蜜胺泡棉的内部与苯胺接触发生苯胺氧化聚合反应，使得在蜜胺泡棉的内部进行一次聚苯胺聚合物组织的生长，得到聚苯胺/蜜胺泡棉复合结构，将其标记为PMF；反应结束后，将PMF用纯水和乙醇清洗后，于烘箱中干燥；

3)重复步骤2)的操作步骤0-4次，使得在蜜胺泡棉的内部总计进行1～5次聚苯胺聚合物组织的生长，所得PMF再进入下一工序；