[发明专利]一种蒲草基光热界面蒸发材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种蒲草基光热界面蒸发材料及其制备方法和应用，本发明的光热界面蒸发材料的制备方法，包括：将蒲草置于管式炉中碳化，得到碳粉；将蒲草加入至反应釜中，再加入氢氧化钠反应得到蒲草叶纤维素；将蒲草叶纤维素加入至容器内，再加入水、碳粉，过滤后得到蒲草基光热膜，即为光热界面蒸发材料。本发明利用蒲草作原材料制备成光热转化蒲草基光热膜，其具有三维的孔洞结构，超强的亲水和导水能力，以及良好的吸光性能；蒲草作为碳源能有效地吸收太阳光实现光热转化，同时利用蒲草叶作为亲水和导水材料来提高蒸水效率和阻盐能力，相较于石墨烯等其它太阳光吸收体，价格低廉的蒲草基光热界面转化材料更易于满足现实生活中海水淡化应用。

技术领域

本发明涉及能源利用、生物质资源循环使用以及光热蒸发材料技术领域，尤其涉及一种蒲草基光热界面蒸发材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年的风险报告中，世界经济论坛将水资源短缺列为全球最大的危机之一。因此，寻找洁净的水资源已经被列入许多国家和政府的发展计划中。在地球上所有的水资源中，97％都是不能被饮用的盐水，所以海水淡化技术成为了解决水资源短缺的关键技术。海水淡化处理技术主要有膜技术和热处理技术。这些技术的主要缺点是高耗能影响海水淡化成本以及加剧能源危机。因此，为海水淡化技术寻找可替代的清洁能源迫在眉睫。

太阳能具有清洁、有效、廉价的特点，可用于海水淡化技术。然而传统的太阳能海水淡化装置的能量利用率低且其投资成本高，不适合广泛使用。近年来，科学家们着重研究更高效，自驱动，便携的太阳能－蒸汽装置。这些太阳能－蒸汽系统利用新型的太阳能吸收体来高效地汽化水，从而纯化海水或者污水。太阳能－蒸汽系统主要可以分为三类：光热转化材料在水的底部，光热转化材料悬浮在水中以及基于界面加热的太阳能热蒸汽转换。相较于前两种太阳能光热－蒸汽转化系统，界面加热光热－蒸汽转化体系因效率更高而获得更多的关注。

典型的界面太阳能蒸发系统包含以下几个部分：太阳能吸收层，热保温层，水供应通道，蒸汽逸散通道。入射太阳光首先被太阳能吸收层吸收转换为热量。与此同时，在毛细作用下，水通过供应通道浸润表层。目前，界面太阳能蒸发系统中的吸收体主要包括金属等离子体材料、半导体材料、碳基材料等。金属等离子体材料的主要缺点是容易被海水腐蚀重复使用率低；半导体材料由于窄的吸收带，导致光热转化材料的制备方法复杂；碳基材料中的石墨烯由于价格昂贵很难应用于实际生产。生物质废弃物价格低廉且可再生，是丰富的碳源，因此，基于生物质废弃物的膜材料是一类良好的光热界面蒸汽转化材料。

蒲草是一种多年生草本植物，生于湖泊、河流或池塘浅水处，广泛分布于世界各地。蒲草生长迅速，产量多，分布广。作为一种水生植物，可用于美化水面和湿地，同时对富营养化水体具有明显的净化效应。蒲草叶是蒲草的主要部分，其上部扁平，中部微凹，下部逐渐隆起成凸状，横切面为半圆形，细胞间隙大，通气组织十分发达，呈海绵状，有很强的通气能力和吸水能力，可快速有效地运输水分及营养物质。然而在我国，蒲草被用于编织物、造纸等，利用率很低，而且现有技术中并没有利用蒲草作原材料制备成光热界面转化材料。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种蒲草基光热界面蒸发材料及其制备方法和应用，以解决或部分解决现有技术中存在的问题。

第一方面，本发明提供了一种蒲草基光热界面蒸发材料的制备方法，包括以下步骤：

将蒲草置于管式炉中以3～10℃/min升温至350～950℃，碳化1～3h，得到碳粉；

将蒲草加入至反应釜中，然后加入氢氧化钠溶液于150～180℃下反应10～15h，洗涤后得到蒲草叶纤维素；

将蒲草叶纤维素加入至容器内，再加入水，搅拌后再加入碳粉，过滤后得到蒲草基光热膜，即为蒲草基光热界面蒸发材料。

优选的是，所述的蒲草基光热界面蒸发材料的制备方法，将蒲草置于管式炉碳化后，还包括将碳化后的蒲草使用1～3M盐酸溶液洗涤碳化后的蒲草，再用水洗涤至中性，干燥后球磨即得碳粉。