[发明专利]高效光热转化亲/疏水纤维毡及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高效光热转化亲/疏水纤维毡及其制备方法。制备方法包括如下步骤：对碳基材料纤维毡进行表面活化处理；利用静电纺丝技术在表面活化的碳基材料纤维毡上接收超细聚乙烯醇纤维层；对超细聚乙烯醇纤维层进行缩醛化处理，得到高效光热转化亲/疏水纤维毡。本发明制备的高效光热转化亲/疏水纤维毡，水蒸发速率优异，上层的疏水性碳基材料纤维层，能提高光热转化效率，下层为亲水性超细聚乙烯醇缩醛纤维，能高效抽水，将亲水层聚集的盐快速溶解；具有高效、稳定和便携的优点，避免了海水淡化过程中随着水的蒸发，盐分沉积，堵塞水蒸气的逃逸通道，导致蒸发速率减小的弊端，同时避免了光热转化材料性能不稳定、膜污染等问题的发生。

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，尤其涉及一种高效光热转化亲/疏水纤维毡及其制备方法。

背景技术

虽然地球表面约71％的面积被水覆盖，但淡水资源仅占所有水资源的2.5％，其中可供人类使用的淡水资源仅占淡水资源总量的1％。淡水资源危机已成为人类面临的一大世纪挑战，如何将海水转化为可供人类使用的淡水成为研究热点。

脱盐技术已逐渐成为水处理领域获取净水的重要手段之一。传统能源驱动的脱盐技术如热法驱动和膜法驱动的脱盐处理过程中存在着对化石能源的高消耗并且对环境产生污染等缺点。与传统能源相比，太阳能作为一种绿色可持续发展的资源，可以为脱盐技术提供新型的能量来源。在太阳能蒸发脱盐系统中，利用光热转换材料可以将其吸收的太阳光有效地转化为热能，从而使水蒸发以达到净化水的目的。

太阳能蒸发脱盐技术分为三种类型：底部加热型、体积加热型和界面加热型。底部加热型太阳能蒸发系统是最原始的蒸馏脱盐方法，从系统底部到蒸发表面盐水温度逐渐降低，会产生不必要的热损失进而导致该种类型的蒸发系统的蒸发效率普遍较低，约为30-45％。为了减少系统的热损失，基于纳米流体的体积加热型太阳能蒸发系统可以将太阳光产生的热移动到流体内部，体积加热策略对系统的蒸发效能只能有一定程度的提升；同时，在长期太阳辐照下，纳米流体强烈的色散效应也不利于太阳能蒸发脱盐。而界面加热型是利用太阳能加热界面光热材料，界面光热材料将热量传递给界面盐水，从而使界面水分子快速蒸发得到净水的过程，界面加热蒸发脱盐在无光集中的条件下，效率一般都在80％以上，蒸发效率明显过于另外两种类型。

目前，用于太阳能蒸发的光热膜材料主要以亲水性材料为主，而亲水性光热膜大都面临着盐沉积的严峻问题(盐沉积主要是因为在太阳能驱动的脱盐过程中，盐离子在2D膜中的向上传输和表面沉积的速率大于盐离子向本体溶液中的释放速率)。为了解决盐沉积的问题，人们开始研究疏水/亲水结构的光热转化材料。申请号为CN201911146604.6的中国专利公开了一种光热水蒸发纳米纤维针织集合体的制备方法，首先利用静电纺丝制备纳米纤维空心纱；再利用针织机将所得纳米纤维空心纱制备成纳米纤维基针织物；最后利用蒸镀装置在所得纳米纤维基织物上镀光热转化层。该方法的不足之处在于：(1)通过蒸镀方式将光热转化沉积在织物上，织物与光热转化层的结合力较弱，是光热转化层容易脱落；(2)沉积在织物表面的光热转化层致密，孔隙较小，在界面处蒸发的水不容易逃逸，减弱了蒸发效率；(3)光热转化层为金属镀层，金属价格昂贵，同时容易造成水的二次污染。

碳基材料由于具有较高的光吸收率、低成本和高稳定性而被用来作为太阳能蒸发的光吸收剂。维纶(聚乙烯醇缩醛纤维的商品名称，也叫维尼纶)性质与棉花相似，强度和耐磨性优于棉花；它有良好的耐用性、吸湿性、保暖性、耐磨蚀和耐日光性，有“合成棉花”之称，是现有合成纤维中吸湿性最大的品种。另外，维纶在一般有机酸、醇、酯及石油等溶剂中不溶解，不易霉蛀，在日光下暴晒强度损失不大。因此，如何利用碳基材料和维纶制备高效的界面蒸发材料是亟待解决的问题。

有鉴于此，有必要设计一种改进的高效光热转化亲/疏水纤维毡及其制备方法，以解决上述问题。

发明内容