[发明专利]生物质高分子材料基光热转换超疏水薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生物质高分子材料基光热转换超疏水薄膜及其制备方法。具体技术方案为：首先，将生物质高分子材料加入到调节好pH的去离子水中，水浴升温搅拌使其溶解；将增塑剂加入到生物质高分子材料溶液中并继续水浴搅拌；向生物质高分子材料基混合液中加入光热转换填料并继续水浴搅拌，将其倒在成膜板中进行干燥；最后，向薄膜表面引入无机纳米粒子构筑粗糙结构并引入可降低材料表面能的物质降低薄膜的表面能，干燥后制备得到生物质高分子材料基光热转换超疏水薄膜。本发明采用的生物质高分子材料具有资源丰富、廉价易得、可再生和可生物降解等优点，制备的生物质高分子材料基光热转换超疏水薄膜，具有光热转换和超疏水自清洁两个功能。

技术领域

本发明属于生物质高分子材料基功能薄膜的制备领域，具体涉及一种生物质基光热转换超疏水薄膜及其制备方法。

背景技术

由于具有绿色安全和可再生等方面的优点，生物质高分子材料基薄膜被众多研究者作为石油基薄膜的替代品，以缓解石油基材料大量使用造成的严重环境污染（DOI：10.1016/j.foodhyd.2017.08.023）。制备生物质高分子材料基薄膜的主要原材料包括：明胶、环糊精、海藻酸钠、酪蛋白和壳聚糖等由动物、植物及微生物等生命体衍生得到的材料，这些天然产物一般都含有大量的活性官能团，具有良好的机械强度、耐有机溶剂、良好的生物相容性和稳定的理化性质，可用于医药敷料、食品包装和建筑涂层等。

太阳能被认为是可再生和清洁能源，其利用受到了广泛关注，包括光热转换、光电转换和光催化等。其中，光热转换是指通过反射、吸收或其他方式将太阳辐射能集中到适当温度以满足不同负荷要求的过程（DOI：10.1007/s10570-021-03857-z）。目前，光热转换已被广泛应用于光热储能、光热除冰、海水淡化、自我驱动和污水处理等领域。在光热转换过程中，主要使用能有效地将吸收光转化为热能的光热转化材料，常见的光热转化材料包括Mxenes（过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物）、贵金属、石墨烯、碳纳米管和碳纳米片等。因此，将光热转化材料作为光热填料与成膜材料复合后可制备光热转换功能薄膜。

然而，普通光热转换功能薄膜在使用过程中，其表面会受到灰尘沾污和雨水浸渍等的污染，从而会对薄膜的光热转换效率以及光热转换耐久性产生不利影响。为了解决上述问题，仿生智能表面被引入该领域（DOI：10.1016/j.cej.2020.125859）。其中，通过构筑具有类似荷叶自清洁效应的超疏水表面，使水滴在其表面滚动带走污物，达到自清洁效果，从而维持材料表面的光热转换性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物质高分子材料基光热转换超疏水薄膜及其制备方法。本发明以生物质高分子材料为基材，并引入多种光热填料制备得到光热转换型薄膜材料，再利用无机纳米粒子和可降低材料表面能的物质结合构筑得到超疏水表面，最终制备得到具有光热转换和超疏水自清洁性能的双功能薄膜材料，该材料在能源转换方面具有一定的应用前景。

本发明所采用的技术方案为：

一种生物质高分子材料基光热转换超疏水薄膜的制备方法，首先，将生物质高分子材料加入到调节好pH的去离子水中，之后水浴升温搅拌使其溶解；接着，将增塑剂加入到生物质高分子材料溶液中并继续水浴搅拌；然后，向其中加入光热转换填料并继续水浴搅拌，之后将其倒在成膜板中进行干燥；最后，向得到的薄膜表面引入无机纳米粒子构筑粗糙结构并引入低表面能物质降低薄膜的表面能，干燥后得到生物质高分子材料基光热转换超疏水薄膜。

所述制备方法具体包括以下步骤：

步骤一、生物质高分子材料原液的制备：

称取100.0质量份的去离子水并用HCl或NaOH调节pH，接着称取0.1-40.0质量份的生物质高分子材料并加入至上述去离子水中，然后在25-80℃水浴条件下搅拌0.1-24.0 h以达到完全溶解，得到生物质高分子材料原液；

步骤二、生物质高分子材料基混合液的制备：