[发明专利]一种石墨烯-凹凸棒土复合弹性气凝胶及其在海水淡化中的应用

说明书

本发明涉及气凝胶技术领域，具体涉及一种石墨烯‑凹凸棒土复合弹性气凝胶及其在海水淡化中的应用，所述石墨烯‑凹凸棒土复合弹性气凝胶以石墨烯为基体，以凹凸棒土为分散相，制备步骤包括前驱体制备、加热还原、冷冻解冻、透析处理等步骤；本发明还提出了一种石墨烯‑凹凸棒土复合气凝胶在海水淡化中的应用，所述气凝胶能够作为太阳能光热转换蒸发器件，用于将太阳能转化为热能进而蒸发海水，能够显著降低海水中的离子浓度。本发明提出的石墨烯‑凹凸棒土气凝胶的蒸发性能与传统的石墨烯气凝胶相比更为优良，可以有效地增加太阳能光热转换效率并减少能量损失，并且在长期重复使用中保持稳定的蒸发效率，淡化后其三维多孔结构中没有盐分残留。

技术领域

本发明涉及气凝胶技术领域，具体涉及一种石墨烯-凹凸棒土复合弹性气凝胶及其在海水淡化中的应用。

背景技术

近年来，随着现代社会和工业的快速发展，人类越来越意识到全球淡水严重短缺的问题。海水约占地球水资源总量的96.5％，淡水仅占3.5％。因此，海水淡化技术在获取淡水方面具有巨大的潜力和价值。

太阳能具有广阔的应用前景，可用于许多领域，如太阳能蒸汽发电、太阳能光伏、太阳能建筑、光催化、人工光合作用、太阳能热能等领域。充足的太阳辐射使太阳能蒸汽发电成为海水淡化获得淡水的最有前途的技术。但是大多数报道的太阳能蒸汽发生装置涉及昂贵的材料(如等离子体贵金属纳米结构)，或制造过程耗时且危险，(如低真空、高压、高温热处理)，这对于大规模制造太阳能蒸汽发生装置将是一个挑战。此外，现有的大部分使用固体光热材料的蒸汽发生系统，由于受到装置内水分子输送的限制以及大量水加热过程中太阳能的损失，往往存在太阳能蒸汽蒸发效率差的问题。

石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有优异的光热转换性能和宽光谱吸收特性，可作为构建3D多孔石墨烯材料的基本构件，具有低密度和高孔隙率的优点。

3D多孔石墨烯材料存在机械性能脆、疏水性强等缺点，难以探索一种低成本的大规模样品制备方法，从而限制了石墨烯气凝胶在太阳能蒸汽蒸发中的应用。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种石墨烯-凹凸棒土复合弹性气凝胶及其在海水淡化中的应用

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一方面，本发明提出一种石墨烯-凹凸棒土复合弹性气凝胶，所述气凝胶以石墨烯为基体，以凹凸棒土为分散相；石墨烯与凹凸棒土的质量比为1:1～2:1；所述气凝胶具有优良的回弹性能，能够承受0～80％形变率的重复压缩，在用于海水淡化时可以多次使用并保持结构完好和蒸发速率稳定。

另一方面，本发明指出，上述的石墨烯-凹凸棒土复合弹性气凝胶能够应用于海水淡化。

进一步的，所述气凝胶用于海水淡化装置的光热转化器用于将太阳能转化为热能进而蒸发海水，能够降低海水中的离子浓度。

优选的，所述气凝胶进行海水淡化后其内部无残留盐分，确保多次使用时不会影响淡化的效果。

优选的，每平方米气凝胶在12h淡化海水的体积量为6～8L。

本发明还提出了一种制备上述的石墨烯-凹凸棒土复合弹性气凝胶的方法，具体包括以下步骤：

S1：通过Hummers法制备氧化石墨烯分散液，具体方法为：将天然石墨、五氧化二磷、过硫酸钾、浓硫酸按照一定质量比混合均匀后加热并反应一段时间；反应结束后依次进行水洗和干燥，得到预氧化石墨；将预氧化石墨、高锰酸钾和浓硫酸按照一定质量比混合均匀后于加热反应，产物加水稀释；稀释后的分散液中加入过氧化氢水溶液并搅拌均匀，然后经水洗、透析以及超声剥离后得到所述的氧化石墨烯分散液；

S2：将凹凸棒土加入到去离子水中搅拌均匀；超声离心处理除去下层沉淀得到的分散液进行第二次超声离心处理除去下层沉淀得到凹凸棒土分散液，