CN107487801B - 一种实现高效光热蒸汽转换的多孔木炭片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现高效光热蒸汽转换的多孔木炭片的制备方法，该方法包括以下步骤：1)将木块干燥；然后放入石英管式炉中，氮气氛围保护下300～900℃高温热解碳化，获得碳化的整块木炭；2)将步骤1)获得的碳化的整块木炭沿垂直木炭孔道方向切割或打磨，获得厚度为1～3mm的木炭片；3)将步骤2)制备的木炭片用去离子水超声清洗干净，烘干获得多孔木炭片。本发明获得的木炭片具有规则的孔道，有益于蒸汽的流动，同时和水具有良好的粘附性，能够保证热量传递给水；对250～2500nm范围内光吸收率可达95％以上，在1kW·m‑2光强下，光热蒸汽效率最高可达91.2％。同时，成本低，操作简单，绿色环保，可用于污水处理、海水淡化等方面。
Description
技术领域：
本发明涉及太阳能材料制备技术领域，具体涉及一种实现高效光热蒸汽转换的多孔木炭片的制备方法。
背景技术：
太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，因其取之不尽、用之不竭、绿色环保等优点，成为新能源应用领域最受关注的技术。随着科技的不断发展，太阳能技术已经应用到科学研究、航空航天、国防建设和人类日常生活的各个方面，成为全球可持续发展战略的核心内容之一。
在太阳能利用技术中，太阳能光热转换可直接将光能转换为热能，具有最高的转换效率。近几年来，利用贵金属纳米颗粒等离子共振效应可直接将光能转换给热能，并将其作为换热介质直接对水进行加热。对大体积的水进行加热的方式难免存在能量的损失，因而光热蒸汽领域提出“界面光热蒸汽”方式，能够有效的提高了太阳能的光热蒸汽效率。
贵金属价格因其价格昂贵难易实现大规模的生存。
发明内容：
本发明的目的是提供一种实现高效光热蒸汽转换的多孔木炭片的制备方法，开发出实现“界面光热蒸汽”而且廉价的高效光热转换材料，实现光热蒸汽的表面局域性加热，提高太阳能光热蒸汽转换的效率，该木炭片可用于污水处理、海水淡化等。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种实现高效光热蒸汽转换的多孔木炭片的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)将木块于60～100℃中干燥；然后放入石英管式炉中，氮气氛围保护下300～900℃高温热解碳化，获得碳化的整块木炭；石英管式炉中升温速率为1～5℃；
2)将步骤1)获得的碳化的整块木炭沿垂直木炭孔道方向切割或打磨，获得厚度为1～3mm的木炭片；
3)将步骤2)制备的木炭片用去离子水超声清洗干净，60～100℃下烘干获得多孔木炭片。
本发明还保护得到的多孔木炭片的应用，利用该多孔木炭片实现光热蒸汽转换，用于污水处理、海水淡化，具体包括以下步骤：所述多孔木炭片放置于基于表面局域光热转换的蒸汽发生装置中进行太阳能光热蒸汽转化，该基于表面局域光热转换的蒸汽发生装置由下而上包括带盖的盛水容器和固定在盛水容器的盖子上面的泡沫隔热板，所述泡沫隔热板的顶部设有凹槽，凹槽底部设有基底输水材料层，基底输水材料层上方设有吸光材料层多孔木炭片，此外还包括输水通道，所述输水通道下端浸没在带盖的盛水容器液面以下，且输水通道上端自下而上依次贯穿盛水容器的盖子和泡沫隔热板然后连通泡沫隔热板的顶部凹槽的基底输水材料层，为基底输水材料层上方的多孔木炭片提供水分；泡沫隔热板顶部的凹槽深度为5-15mm；带盖的盛水容器中盛有蒸馏水或海水或污水。
本发明的有益效果如下：
1.本发明成本低，操作简单，绿色环保，可大规模生成。
2.本发明获得的木炭片和水具有良好的粘附性，能够保证热量传递给水。
3.本发明获得的木炭片具有规则的孔道，有益于蒸汽的流动和水分的输送。
4.本发明获得的木炭片对250～2500nm范围内光吸收率可达95％以上，在1kw·m-2光强下，光热蒸汽效率最高可达91.2％。
5、本发明得到的木炭片可用于污水处理、海水淡化等。
总之，本发明成本低，操作简单，绿色环保，获得的木炭片具有规则的孔道，有益于蒸汽的流动，同时和水具有良好的粘附性，能够保证热量传递给水；对250～2500nm范围内光吸收率可达95％以上，在1kw·m-2光强下，光热蒸汽效率最高可达91.2％。本发明得到的木炭片可用于污水处理、海水淡化。
附图说明：
图1是实施例1得到的多孔木炭片的微观结构扫描电子显微图；
图2是实施例1得到的多孔木炭片的紫外/可见/红外吸收光谱图；
图3是实施例2得到的多孔木炭片的微观结构扫描电子显微图；
图4是实施例2得到的多孔木炭片的紫外/可见/红外吸收光谱图；
图5是实施例3得到的多孔木炭片的微观结构扫描电子显微图；
图6是实施例3得到的多孔木炭片的紫外/可见/红外吸收光谱图；
图7是本发明的实施例4的基于表面局域光热转换的蒸汽发生装置的结构示意图；
其中，1、多孔木炭片，2、泡沫隔热板，3、盛水容器，4、输水通道，5、基底输水材料层。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
实施例1：
1)将3×3×1cm3的木块放入鼓风干燥箱内，60℃下干燥24h；然后放入石英真空管中氮气氛围保护下300℃下保温2h，高温热解碳化得到碳化的整块木炭；石英真空管升温速率为5℃/min；
2)利用金刚石切割机将步骤1)获得的碳化的整块木炭沿垂直木炭孔道方向切割获得厚度为3mm的木炭片；
3)将步骤2)制备的木炭片用去离子水超声清洗，鼓风干燥箱60～100℃烘干获得多孔木炭片。
制备的木炭片具有规则且竖直的大孔孔道，孔的大小为35×35μm(如图1)，对250～2500nm范围内光吸收率为96.70％(如图2所示)。
实施例2：
1)将3×3×1cm3的木块放入鼓风干燥箱内，60℃下干燥24h；然后放入石英真空管中氮气氛围保护下，500℃下保温2h，高温热解碳化，得到碳化的整块木炭；石英真空管升温速率为2℃/min；
2)利用金刚石切割机将步骤1)获得的碳化的整块木炭沿垂直木炭孔道方向切割获得厚度为1mm的木炭片；
3)用将步骤2)制备的木炭片用去离子水超声清洗，鼓风干燥箱60～100℃烘干获得多孔木炭片。
如图1所示，制备的木炭片具有规则且竖直的大孔孔道，孔的大小为20×30μm(如图3)，对250～2500nm范围内光吸收率为97.9％(如图4所示)。
实施例3：
1)将3×3×1cm3的木块放入鼓风干燥箱内，100℃下干燥24h；然后放入石英真空管中氮气氛围保护下，900℃下保温2h，高温热解碳化，得到碳化的整块木炭块；石英真空管升温速率为2℃/min；
2)利用金刚石切割机将步骤1)获得的碳化的整块木炭沿垂直木炭孔道方向切割获得厚度为1mm的木炭片；
3)用将步骤2)制备的木炭片用去离子水超声清洗，60～100℃鼓风干燥箱烘干获得多孔木炭片。
制备的木炭片具有规则且竖直的大孔孔道，孔的大小为20×20μm(如图5)，对250～2500nm范围内光吸收率为97.7％(如图6)。
本发明得到的木炭片可用于污水处理、海水淡化。
实施例4：蒸汽产生实验：
本发明得到的木炭片经下列实验条件光照一定时间后，可以产生一定的蒸汽。将实施例1-3获得的木炭片，放置于基于表面局域光热转换的蒸汽发生装置中进行太阳能光热蒸汽转化，所用到的蒸发液体为去离子水。在强度为1kW m-2的模拟光源照射下，光照时间为30min。同时，使用电子天平实时记录液体损失量与时间的关系。
如图7所示，该基于表面局域光热转换的蒸汽发生装置由下而上包括带盖的盛水容器3和固定在盛水容器3的盖子上面的泡沫隔热板2，所述泡沫隔热板2的顶部设有凹槽，凹槽底部设有基底输水材料层5，基底输水材料层5上方设有吸光材料层多孔木炭片1，此外还包括输水通道4，所述输水通道4下端浸没在带盖的盛水容器3液面以下，且输水通道4上端自下而上依次贯穿盛水容器3的盖子和泡沫隔热板2然后连通泡沫隔热板2的顶部凹槽的基底输水材料层5，为基底输水材料层5上方的吸光材料层多孔木炭片1提供水分。盛水容器3装有待蒸发的去离子水或海水；隔热泡沫板2中心和盛水容器3的瓶盖中心打孔构成孔道，入射光直接照射到吸光材料层5的表面。所泡沫隔热板顶部的凹槽深度为5-15mm。所述的泡沫隔热板2的材料为6×6×4cm3聚乙烯发泡棉，其顶部凹槽为2.5×2.5×1cm3。所述的输水通道4为条形无尘纸带，从泡沫隔热板2中心穿过到达盛水容器3的水面下端。基底输水材料层5将水均匀的分布在凹槽内。
实施例1、2和3得到的木炭片采用该装置在1kW m-2光强下光热蒸汽效率分别为84.5％、91.2％和86.4％。
Claims (3)
1.一种实现高效光热蒸汽转换的多孔木炭片的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)将木块于60～100℃中干燥；然后放入石英管式炉中，氮气氛围保护下300～900℃高温热解碳化，获得碳化的整块木炭；石英管式炉中升温速率为1～5℃；
2)将步骤1)获得的碳化的整块木炭沿垂直木炭孔道方向切割或打磨，获得厚度为1～3mm的木炭片；
3)将步骤2)制备的木炭片用去离子水超声清洗干净，60～100℃烘干获得多孔木炭片。
2.一种权利要求1得到的多孔木炭片的应用，其特征在于，利用该多孔木炭片实现光热蒸汽转换，用于污水处理、海水淡化。
3.根据权利要求2所述的多孔木炭材料的应用，其特征在于，利用该多孔木炭片实现光热蒸汽转换，包括以下步骤：所述多孔木炭片放置于基于表面局域光热转换的蒸汽发生装置中进行太阳能光热蒸汽转化，该基于表面局域光热转换的蒸汽发生装置由下而上包括带盖的盛水容器和固定在盛水容器的盖子上面的泡沫隔热板，所述泡沫隔热板的顶部设有凹槽，凹槽底部设有基底输水材料层，基底输水材料层上方设有吸光材料层多孔木炭片，此外还包括输水通道，所述输水通道下端浸没在带盖的盛水容器液面以下，且输水通道上端自下而上依次贯穿盛水容器的盖子和泡沫隔热板然后连通泡沫隔热板的顶部凹槽的基底输水材料层，为基底输水材料层上方的吸光材料层提供水分；泡沫隔热板顶部的凹槽深度为5-15mm；带盖的盛水容器中盛有蒸馏水或海水或污水。
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- 2017-08-11 CN CN201710684250.5A patent/CN107487801B/zh active Active
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| CN107487801A (zh) | 2017-12-19 |
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