[发明专利]一种多孔亲水的光热海水淡化复合膜及制备方法

说明书

本发明涉及太阳能海水淡化技术领域，公开了一种用于太阳能驱动界面蒸发的光热海水淡化复合膜及制备方法。所述光热海水淡化复合膜包括水运输层，热管理层和光吸收层；其中，热管理层设于水运输层和光吸收层之间；所述水运输层为多孔聚丙烯腈薄膜，所述热管理层为掺杂有碳纳米管的多孔水性环氧树脂薄膜，所述光吸收层为碳化硅/氮化硅薄膜。本发明所述光热海水淡化复合膜具有光热转换效率高、生产成本低、耐久稳定、可批量生产等特点，适用于海水淡化处理。

技术领域

本发明涉及太阳能海水淡化和功能表面改性技术领域，涉及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。

背景技术

淡水资源是人类最紧缺的资源之一。在地球的全部水资源中，有97％都是不能被人类直接饮用的海水。如何大批量地、成本低廉地将海水转化为淡水，关系到人类的可持续发展。利用太阳能驱动界面蒸发进行海水淡化为此提出了一种解决方案。太阳能是一种丰富的清洁能源，解决了海水淡化的能源问题就在很大程度上解决了成本问题。该技术利用光吸收体的光热吸收能力，使水分子在光吸收体界面蒸发，达到海水淡化的目的。

目前，光热海水淡化膜的主要问题是价格十分昂贵，不具有实际使用的可能性，或是制备方法无法实现工业化。专利CN 109603596A公开了一种金属有机框架材料光热海水淡化膜，其中光热材料层为多级孔结构碳薄膜，由氢氧化物纳米线溶液与单壁碳纳米管制得；专利CN111330451A公开了疏水性碳点改性的正渗透复合膜的制备方法，提出通过共混方式，将聚砜、氧化石墨烯、聚乙二醇、吐温和溶剂加入到烧瓶中，用相转化法制得氧化石墨烯/聚砜支撑层；又如专利CN 111282443A公开了一张用于太阳能界面蒸发海水淡化的膜材料，提出了通过采用静电纺丝技术制备PAA纳米纤维膜，再加温加压对其进行亚胺化得到PI纳米纤维膜，最后激光烧蚀技术对PI膜表面进行烧蚀，使其表面形成多孔蓬松的石墨烯纤维。以上几种制膜方式均存在工艺复杂、原材料昂贵或是材料中含有有毒物质，对人的健康有不利影响等诸多问题。

光热海水淡化膜材料常使用石墨烯、氧化石墨烯(GO)、还原氧化石墨烯(rGO)等二维碳材料或是纳米金、纳米银、纳米铂颗粒等纳米金属颗粒，这也是光热海水淡化膜成本高昂和难以实现工业大规模生产的主要原因。

光热海水淡化膜的另一个问题是基本上没有考虑海洋恶劣天气对膜的影响，在实际使用中常常出现膜剥落或是被腐蚀的现象，严重影响了光热海水淡化膜的正常工作。

综上所述，开发出一种制备光热海水淡化膜的方法，不仅需要增强膜的水运输能力和吸光吸热能力，还应具有绿色环保、便捷简单的工艺方式，同时应考虑使用环境的影响。而目前暂时没有满足以上要求的光热海水淡化膜。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种多孔亲水的光热海水淡化复合膜及制备方法。本发明提出的制备方法绿色环保，价格低廉，制备得到的光热海水淡化复合膜具有多孔结构，亲水性强，光吸收率较高，不存在泄露和污染的问题，具有较高的工业应用价值。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种多孔亲水的光热海水淡化复合膜，包括光吸收层，热管理层和水运输层；其中，热管理层设于水运输层和光吸收层之间；所述水运输层为聚丙烯腈薄膜，所述热管理层为掺杂有碳纳米管的环氧树脂薄膜，所述光吸收层为碳化硅/氮化硅薄膜。

按上述方案，所述光吸收层的厚度为0.1～0.3mm，热管理层的厚度为0.2～0.6mm，水运输层的厚度为0.1～0.3mm。