[发明专利]一种自漂浮木基水凝胶光热蒸发器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种自漂浮木基水凝胶光热蒸发器及其制备方法和应用，属于光热转换技术领域。该制备方法为将壳聚糖和聚乙烯醇混合制备互穿网络聚合物，然后将木制材料与所述聚合物互相组合，制得光热木基水凝胶材料；木制材料通过喷枪高温灼烧对巴沙木进行表面处理，提高巴沙木表面太阳光吸收率在巴沙木天然孔道内填充水凝胶光热材料，在确保蒸发器快速输水的同时，减小蒸发所需能量，降低蒸发焓变，实现高效的产水。该水凝胶材料制备工艺简单，在污水处理、海水淡化等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于光热转换技术领域，具体涉及一种自漂浮木基水凝胶光热蒸发器及其制备方法和应用。

背景技术

自第一次工业革命以来，人类社会迅速发展，但随之而来的水资源危机与环境污染问题却与日俱增。水资源虽然占据了地球71％的表面积，但可供人类使用的淡水资源却仅占整体水量的4％，淡水短缺正成为一个严重的全球性问题。由于太阳能资源丰富，通过太阳能光热蒸发技术对海水与污水资源进行有效的利用，无疑缓解了淡水资源不足的严峻问题。为了加快太阳能光热蒸发技术的开发和实际应用，通过设计功能材料，提高光热转换效率，优化热管理，努力提高实际蒸发率。

迄今为止，用于太阳能界面蒸发的光热材料被分为几类，包括等离子金属、半导体、碳基、生物质基和聚合物基材料。特别是生物质基材料为水和能源的应用提供了可持续的替代方案，其中木材和木材衍生的材料引起了科研工作者广泛的研究兴趣。木材作为一种优良的天然多孔基材，具有多个长度尺度的孔隙和孔道。这种独特的分层多孔结构及其轻质结构为太阳能蒸汽生成提供了一个制造可持续且经济高效的蒸发器理想平台。

众所周知，水凝胶是一种与水分子发生物理化学作用的交联聚合物网络结构材料，可以实现有效的吸水及隔热。并且，它具有高度可调的物理化学性质，可以通过改变组成调节吸光性能。因此，合理设计水凝胶的组成及结构，将实现高效光吸收、快速水传输及隔热的协同作用，为水凝胶作为太阳能蒸发器提供可能性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的一个技术问题在于提供一种自漂浮木基水凝胶光热材料。本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种自漂浮木基水凝胶光热材料的制备方法。本发明要解决的技术问题还有一个在于提供一种自漂浮木基水凝胶光热材料在高效光热水蒸发吸附染料污染物中的应用。该材料具有突出的光吸收性、光热蒸汽转化、耐盐性以及吸附性能。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种自漂浮木基水凝胶光热蒸发器的制备方法，将壳聚糖和聚乙烯醇混合制备互穿网络聚合物，然后将木制材料与所述聚合物互相组合，制得光热木基水凝胶材料；所述木制材料为通过喷枪灼烧进行表面处理的巴沙木。包括以下步骤：

(1)将巴沙木切片，采用喷枪火焰在1300℃条件下均匀炙烤一面后，立即浸入去离子水。

(2)分别配置醋酸溶液、壳聚糖水溶液、聚乙烯醇水溶液、戊二醛溶液；

(3)将步骤(2)所述的聚乙烯醇溶液与壳聚糖溶液混合，放入磁子低速搅拌均匀，形成前驱体溶液；

(4)将处理后的巴沙木加入前驱体溶液中，低速搅拌，真空抽滤，使得前驱体溶液进入巴沙木孔道；随后，将戊二醛溶液缓慢滴入前驱体溶液中，低速搅拌；待样品完全凝胶化，再经循环冷冻解冻的过程，得到水凝胶；最后沿木片轮廓切出水凝胶木头复合结构。

所述自漂浮木基水凝胶光热蒸发器的制备方法，将壳聚糖加入到质量分数为1wt％醋酸溶液中，高速搅拌至完全溶解，得到壳聚糖溶液；所述壳聚糖溶液的质量浓度为5wt％。

所述自漂浮木基水凝胶光热蒸发器的制备方法，将聚乙烯醇加入到热的去离子水中，100℃水浴加热，高速搅拌至完全溶解，得到聚乙烯醇溶液；所述聚乙烯醇溶液的质量浓度10wt％，聚乙烯醇的醇解度为87.0％。

所述自漂浮木基水凝胶光热蒸发器的制备方法，所述戊二醛溶液的质量浓度为4％。