[发明专利]一种面向水质净化的新型硫化钨光热材料及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种面向水质净化的新型硫化钨光热材料及其制备和应用。具体是以钨酸铵与硫脲为前驱体，油胺为溶剂，通过控制反应条件一步合成了呈花状纳米球形貌的Wsubgt;2/subgt;Ssubgt;3/subgt;光热材料，粒径在200～250nm。本申请制备的Wsubgt;2/subgt;Ssubgt;3/subgt;光热材料自身特有的类金属特性不仅使得材料具有超宽波长吸收特性，同时还具有较高的光热转换性能。基于该纳米材料制备出的柔性薄膜和凝胶即使在高盐度海水处理环境下，也能以1.5kg·msupgt;‑2/supgt;·hsupgt;‑1/supgt;的速率完成海水蒸发工作，蒸发效率高达90％；因而本申请公开的硫化钨光热材料在海水淡化领域具有极为广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米材料及催化技术领域，具体涉及一种面向水质净化的新型硫化钨光热材料的制备和应用。

背景技术

水资源匮乏是当今社会面临的最为严峻的问题之一，水是生命之源，为了实现可持续性发展，人们正在努力寻找解决水资源短缺的技术方案。海水淡化是利用海水脱盐生产淡水的过程，其是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，不受时空和气候影响，且海水储量巨大，是地球上最为丰富的自然资源之一。因而海水淡化已成为缓解严峻的淡水短缺问题的理想策略。

目前，为了实现海水淡化，人们开发了许多技术手段，如反渗透、膜过滤、热蒸馏等。然而，膜过滤、热蒸馏等技术均需要依托密集的能源消耗来实现，且普遍存在设备维护成本高、产品价格昂贵的不足，这些问题都将影响能源可持续性并会带来严重的环境问题，不符合当今社会的发展需求。低耗能、低成本、环境友好型的海水淡化技术的需求与日俱增。为此，本领域技术人员探索出了由太阳能驱动的蒸发技术，该技术只需利用太阳光能和海水来生产淡水，且可获得高品质、低价格的淡水资源，因而该技术具有节能环保的特性，在海水淡化领域具有广阔的应用前景。

由太阳能驱动的海水淡化蒸发技术能否高效运行的一个关键因素是光热转换材料的性能是否优异，其效果的实现取决于所采用的光热转换材料能否将光能高效的转变为生产蒸汽所需的热能。

目前对光热转换材料的研究，主要集中在金属材料、碳材料和半导体材料上。金属材料具有许多用于热转换的可移动电子，具有独特的等离子体共振效应，但是整体造价高，不适于大规模使用。而传统的半导体材料能隙较宽，需要吸收能量较高的入射光(如紫外光)，才能将电子激发，并在回落至基态过程中放出热量，因而使用场景受限。

过渡金属硫化物因具有制备过程简单、成本低、耐化学稳定性强、带隙可调等优点受到广泛关注，中国专利CN 108080005 B曾公开一种高催化活性电催化剂1T’相硫化钨的制备方法，其是将钨酸铵和硫脲溶于高沸点溶剂中，在惰性气体保护下加热到100-120℃，再于280-320℃下反应后自然冷却至室温，加入乙醇，过滤得到滤饼，将滤饼洗涤、干燥后即得1T’相WS₂。该材料虽具有较高的导电性和较为优异的析氢反应活性，但是WS₂类材料普遍具有能隙较宽，吸收波长范围窄的共性，会限制其作为光热转换材料在海水淡化领域的应用。

因而，如能设计出一种具有类金属特性，宽光谱吸收的新型过渡金属硫化物光热材料，将为高效的太阳能海水淡化提供有益助力。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种面向水质净化的新型硫化钨光热材料及其制备和应用，此材料具有类金属特性，可实现超宽波长的光吸收，基于该材料制备出的薄膜和凝胶材料具有高效的光热转换效率，可以高效率地完成光热海水蒸发工作，促进了海水淡化技术的进一步发展。

本发明公开的技术方案为：一种面向水质净化的新型硫化钨光热材料的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将钨酸铵、硫脲加入到油胺中，钨酸铵和硫脲中W和S的摩尔比为1:1.5～1:2，将混合料投入反应器中，恒温磁力搅拌；