CN110358140B - 一种菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵及其制备方法与应用 - Google Patents

一种菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵的制备方法，属于功能纳米复合材料技术领域。本发明以聚氨酯作为基底材料，为太阳能蒸汽过程中水传输以及蒸汽的逸出提供良好的通道，同时减少热能向周围环境的耗散；菊花状硫化铋的多级分层结构有利于光吸收以及光热的充分转化，使得菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵具有出色的蒸汽转化效率和速率、稳定的化学性能以及机械性能。同时，本发明的制备方法，操作简便，成本低，易于大批量生产。本发明还可以高效利用太阳能进行光热海水淡化、污水处理以及用作太阳能发电材料。

Description

一种菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵及其制备方 法与应用
技术领域
本发明涉及功能纳米复合材料技术领域，尤其涉及一种菊花状硫化铋 与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵及其制备方法与应用。
背景技术
21世纪，随着能源危机和环境污染的加剧，太阳能丰富的储量及其可持 续性引起了人们的广泛关注。构建一种安全高效、低能耗、低成本的净水体 系将有助于解决上述困扰。太阳能海水淡化利用太阳能转化而来的热能从海 水、污水中获取净水，是解决清洁水资源短缺的一种有前景的净水技术。
到目前为止，已经报道的金、银等贵金属纳米流体及其宏观组装材料昂 贵的价格和热作用下易团聚的本质及其组装材料脆弱的稳定性限制了它们 的实际应用。纳米流体、膜片太阳能海水淡化体系存在大量的热能损失，无 法实现有效的净水生产。利用一体化光热转化材料进行局部加热的太阳能蒸 汽方法被认为是目前最有效的技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种一体化的菊花状硫化铋与聚偏 氟乙烯复合聚氨酯海绵，其具有优异的光热转化效率，菊花状硫化铋与聚偏 氟乙烯复合聚氨酯海绵骨架表面的多孔结构保证了高效的热利用、水传输以 及水蒸发，对于构建一种安全高效、低能耗、低成本的净水体系是非常有意 义的。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种菊花状硫化铋与 聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵的制备方法，包括以下步骤：
1)取五水硝酸铋搅拌溶于乙酸，用去离子水稀释后，搅拌下依次加入 硫代乙酰胺、尿素、聚乙烯吡咯烷酮，持续搅拌，然后将所得溶液转移至反 应釜中，进行加热反应，随后冷却离心，离心得到的固体物质使用无水乙醇 和去离子水交替洗涤各三次共六次，干燥，即可得菊花状硫化铋粉末；
2)将聚氨酯海绵放入乙醇中浸泡后干燥，得到预处理聚氨酯海绵；
3)将所述步骤1)得到的所述菊花状硫化铋粉末分散于N,N-二甲基甲 酰胺中，搅拌下加入聚偏氟乙烯，得到硫化铋与聚偏氟乙烯混合浆体；
4)将所述步骤3)得到的所述硫化铋与聚偏氟乙烯混合浆体在步骤2) 得到的所述预处理聚氨酯海绵表面均匀滴涂一层，静置，得到预涂覆的聚氨 酯海绵；
5)将步骤4)得到的所述预涂覆的聚氨酯海绵浸入乙醇中，进行24h 相转化反应，然后以去离子水洗涤，得到菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚 氨酯海绵。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下进一步的具体选择或优 化选择。
具体的，所述步骤1)中乙酸、去离子水、尿素、聚乙烯吡咯烷酮、硫 代乙酰胺、五水硝酸铋用量比为4～8mL：60～100mL：0.4～0.8g:0.6～1.0g: 0.0188～0.6010g:0.1213～0.6063g。优选的，所述步骤1)中乙酸、去离子水、 尿素、聚乙烯吡咯烷酮、硫代乙酰胺、五水硝酸铋用量比为6mL：80mL： 0.6g:0.8g:0.0376～0.3005g:0.4851g。所述步骤1)中所述持续搅拌时间为 8-12h。加热反应的温度为150～170℃，优选水浴加热，反应时间为22～26h。所述冷却为冷却至室温，所述离心为10000rpm转速下离心10min。所述干燥 条件为50-80℃真空干燥8-12h。离心得到的固体产物用无水乙醇和去离子水 交替离心洗涤洗至中性。详细离心洗涤操作参照实验室常规操作即可。具体 的，所述步骤2)中聚氨酯海绵厚5～15mm。优选的，所述聚氨酯海绵直径为30-40cm。更优选的，所述聚氨酯海绵直径为38mm。其中，浸泡时间为3-5h， 干燥条件为50-60℃下空气干燥2-5h。
具体的，所述步骤3)中所述聚偏氟乙烯相对于N,N-二甲基甲酰胺的质 量分数为4wt％～16wt％，所述菊花状硫化铋相对于N,N-二甲基甲酰胺的质 量分数为0.25wt％～0.75wt％，最优为0.5wt％。所述步骤3)中所述搅拌为 直至所述菊花状硫化铋和所述聚偏氟乙烯完全溶于N,N-二甲基甲酰胺。
具体的，所述步骤4)中所述菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯混合浆体的用 量与所述聚氨酯海绵表面比为0.25～0.75ml/cm2，静置时间为2～10min；所述 步骤5)中相转化反应时间为20-30h，优选24小时。
本发明还提供了根据上述制备方法得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯 复合聚氨酯海绵。
具体的，所述菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵的导热系数为 0.861Wm-1K-1，蒸汽转化效率为92.9％，蒸汽转化速率为1.66kg m-2h-1。
本发明还提供了所述菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵在太 阳能蒸汽化领域中的应用。
具体的，所述菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵进行太阳能蒸 汽化方法，其包括如下步骤：
1)将所述菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵用水预湿，然后 放入装有纯水的透明敞口容器中；
2)将步骤1)中的装置进行光照，记录照射过程中整个装置的质量随时 间的变化。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下进一步的具体选择或优 化选择。
具体的，所述光照的光照强度为1000Wm-2，持续照射40min。
具体的，还包括步骤3)：计算所述菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚 氨酯海绵的蒸汽化速率和蒸汽化效率，其中所述蒸汽化速率：ν＝M÷(S×t),其 中，M为蒸汽化实验时间内的蒸发水的质量，单位为kg；S为复合材料的面 积，单位为m2；t为蒸汽化实验的时间，单位为h；ν为蒸汽化速率，单位为 kg m-2h-1。
所述蒸汽化效率：η＝(3600ν×hlv)÷Copt×100％，ν为蒸汽化速率，hlv为液体到气体的相转变过程的焓变值，单位为kJ kg-1；Copt为光照强度，单 位为kW m-2，η为蒸汽化效率，单位为1。具体的，所述焓变值为显热焓和 相变焓的总和。
需要说明的是，本发明所述聚氨酯海绵的来源为市售60ppi的黑色聚氨 酯海绵。所述相转化反应是指一定组成的均相聚合物溶液，通过一定的物理 方法使溶液在周围环境中进行溶剂和非溶剂的传质交换，改变溶液的热力学 状态，使其从均相的聚合物溶液发生相分离，转变成一个三维大分子网络式 的凝胶结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明以聚氨酯作为基底材料， 为太阳能蒸汽过程中水传输以及蒸汽的逸出提供良好的通道，同时减少热能 向周围环境的耗散；菊花状硫化铋的多级分层结构有利于光吸收以及光热的 充分转化，使得菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵具有出色的蒸汽 转化效率和速率、稳定的化学性能以及机械性能。同时，本发明的制备方法， 操作简便，成本低，易于大批量生产。本发明还可以高效利用太阳能进行光 热海水淡化、污水处理以及用作太阳能发电材料。
附图说明
图1为本发明实施例1～5中制备得到的菊花状硫化铋粉末的扫描电镜图 片。
图2为本发明实施例1～5中制备得到的菊花状硫化铋粉末的X射线衍射 图。
图3为本发明实施例1～5中制备得到的菊花状硫化铋粉末的紫外可见吸 收光谱。
图4为本发明实施例1、对比例2、实施例10中材料的扫描电镜图片。
图5为本发明对比例1～2、实施例10～11中材料的蒸气质量损失效果图。
图6为本发明实施例6～8中制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合 聚氨酯海绵在水中的漂浮状态光学图片。
图7为本发明实施例1～5、对比例1中材料的蒸气质量损失效果图。
图8为本发明实施例1中制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚 氨酯海绵不同光强下蒸汽化速率和效率效果图。
图9为本发明实施例1中制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚 氨酯海绵的蒸汽化性能循环测试图。
图10为本发明实施例1、对比例2中材料的拉伸性能测试图。
图11为本发明实施例1、对比例2中材料的导热系数测试图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图及具体实施例进一步阐明本发明 的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
图1中a是实施例2所制得的菊花状硫化铋粉末的扫描电镜图片，b是 实施例3所制得的菊花状硫化铋粉末的扫描电镜图片，c，f是实施例1所制 得的菊花状硫化铋粉末的扫描电镜图片，d是实施例4所制得的菊花状硫化 铋粉末的扫描电镜图片，e是实施例5所制得的菊花状硫化铋粉末的扫描电 镜图片。由图可见，仅在实施例1条件下得到由纳米带组成的菊花状硫化铋 纳米粉末，其特殊形貌有利于多重内部反射以及尖端热效应，这对延长吸光 路径与增强光热的转化起到重要作用。
由图2可见，仅在实施例1条件下得到的菊花状硫化铋纳米粉末峰型与 辉铋矿较为吻合。
由图3可见，在实施例1条件下得到的菊花状硫化铋纳米粉末具有最佳 的吸光性。
图4中a-c为对比例2中材料的扫描电镜图片，d-f为实施例10中材料 的扫描电镜图片，g-l为实施例1中材料的扫描电镜图片。由图可见，实施 例1中材料表面存在大量粗糙纳米结构，有利于太阳能水蒸发过程中的水传 输以及水蒸发；
由图5可见，由聚偏氟乙烯修饰过的聚氨酯海绵拥有最优蒸汽化效果。
由图6可见，滴涂硫化铋与聚偏氟乙烯混合浆体层厚度一定时，聚氨酯 海绵厚度为10mm的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵漂浮状态 最利于保温以及太阳能水蒸发。
由图7可见，实施例1中的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵 拥有最优蒸汽化效果。
由图8可见，实施例1中的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵 即使在0.8个太阳下依然呈现出较好的蒸汽化效率78.9％和蒸汽化速率 1.19kg m-2h-1，远高于纯水的蒸汽化速率0.18kg m-2h-1，有极大的应用前景。
图9中每个点表示每次循环中光照40min后菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯 复合聚氨酯海绵的蒸汽化速率，其中Copt＝1。由图9可见，实施例1中的菊 花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵的蒸汽化速率基本稳定在1.64kg m-2h-1，拥有稳定的蒸汽化性能。
由图10可见，实施例1中的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海 绵相比于改性前的聚氨酯海绵，依然拥有较好的机械性能。
图11中a为对比例2中制备得到的聚氨酯海绵的导热系数的测试图，b 为实施例1中制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵的导热 系数的测试图。由图可见，实施例1中制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙 烯复合聚氨酯海绵导热系数为0.861Wm-1K-1,相比于改性前的聚氨酯海绵具 有较好的隔热性能，有利于蒸汽过程中对热能的充分利用。
实施例1
(1)取0.4851g五水硝酸铋溶解于6mL乙酸，然后以80mL去离子水稀 释，搅拌下依次加入0.1127g硫代乙酰胺、0.6g尿素、0.8g聚乙烯吡咯烷酮， 搅拌过夜，然后将所得溶液转移至100mL反应釜中，160℃水热反应24h，水 热反应结束后，将水热反应产物冷却至室温，然后用乙醇和去离子水交替离 心洗涤三次共六次，洗涤结束后，于60℃真空干燥8h，得到菊花状硫化铋粉 末；
(2)将直径38mm，厚10mm的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇中预处理 3h，预处理结束后，将预处理产物捞出，于50℃下空气干燥3h，得到预处 理聚氨酯海绵；
(3)将所述步骤(1)得到的菊花状硫化铋粉末0.0478g分散于9.559mL N,N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌下加入0.7855g聚偏氟乙烯，得到硫化铋与聚 偏氟乙烯混合浆体；
(4)将所述步骤(3)得到的硫化铋与聚偏氟乙烯混合浆体在所述步骤 (2)得到的预处理聚氨酯海绵表面均匀滴涂一层，静置5min，得到预涂覆 的聚氨酯海绵；
(5)将所述步骤(4)得到的预涂覆的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇 中，进行24h相转化反应，然后以去离子水洗涤，得到菊花状硫化铋与聚偏 氟乙烯复合聚氨酯海绵。
本实施例步骤(1)制备得到的菊花状硫化铋粉末不同倍率下的扫描电 镜图片如图1c，f所示。其X射线衍射图如图2所示。其紫外可见吸收光谱如 图3所示。
本实施例步骤(5)制备得到的聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵不同倍率下 的扫描电镜图片如图4g-l所示。
将本实施例步骤(5)制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨 酯海绵应用于太阳能蒸汽化领域时，包括以下步骤：
将制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵放入装有 50mL纯水的50mL烧杯中；在光照强度为1000Wm-2照射40min。
计算所述菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵的蒸汽化速率和 蒸汽化效率，其中所述蒸汽化速率：ν＝M÷(S×t),其中，M为蒸汽化实验时间 内的蒸发水的质量，单位为kg；S为复合材料的面积，单位为m2；t为蒸汽化 实验的时间，单位为h；ν为蒸汽化速率，单位为kg m-2h-1。
所述蒸汽化效率：η＝(ν×hlv)÷Copt×100％，ν为蒸汽化速率，hlv为液体 到气体的相转变过程的焓变值，单位为kJ/kg；Copt为光照强度，单位为W m-2， η为蒸汽化效率，单位为1。具体的，所述焓变值为显热焓和相变焓的总和。
本实施例步骤(5)制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯 海绵一个太阳下蒸汽质量损失如图7所示。其不同光强下蒸汽化速率和效率 如图8所示。其一个太阳下蒸汽化性能循环测试图如图9所示。其拉伸性能如 图10所示。其导热系数测试结果如图11b所示。
实施例2
(1)取0.4851g五水硝酸铋溶解于6mL乙酸，然后以80mL去离子水稀 释，搅拌下依次加入0.0376g硫代乙酰胺、0.6g尿素、0.8g聚乙烯吡咯烷酮， 搅拌过夜，然后将所得溶液转移至100mL反应釜中，160℃水热反应24h，水 热反应结束后，将水热反应产物冷却至室温，然后用乙醇和去离子水交替离 心洗涤六次，洗涤结束后，于60℃真空干燥8h，得到菊花状硫化铋粉末；
(2)将直径38mm，厚10mm的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇中预处理 3h，预处理结束后，将预处理产物捞出，于50℃下空气干燥3h，得到预处 理聚氨酯海绵；
(3)将所述步骤(1)得到的菊花状硫化铋粉末0.0478g分散于9.559mL N,N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌下加入0.7855g聚偏氟乙烯，得到硫化铋与聚 偏氟乙烯混合浆体；
(4)将所述步骤(3)得到的硫化铋与聚偏氟乙烯混合浆体在所述步骤 (2)得到的预处理聚氨酯海绵表面均匀滴涂一层，静置5min，得到预涂覆 的聚氨酯海绵；
(5)将所述步骤(4)得到的预涂覆的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇 中，进行24h相转化反应，然后以去离子水洗涤，得到菊花状硫化铋与聚偏 氟乙烯复合聚氨酯海绵。
本实施例步骤(1)制备得到的菊花状硫化铋粉末不同倍率下的扫描电 镜图片如图1a所示。其X射线衍射图如图2所示。其紫外可见吸收光谱如图3 所示。
将本实施例步骤(5)制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨 酯海绵应用于太阳能蒸汽化领域时，包括以下步骤：
将制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵放入装有 50mL纯水的50mL烧杯中；在光照强度为1000W m-2照射40min。采用与实施 例1相同的计算方法，测试本实施例菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯 海绵的蒸汽化速率。
本实施例步骤(5)制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯 海绵一个太阳下蒸汽质量损失如图7所示。
实施例3
(1)取0.4851g五水硝酸铋溶解于6mL乙酸，然后以80mL去离子水稀 释，搅拌下依次加入0.0751g硫代乙酰胺、0.6g尿素、0.8g聚乙烯吡咯烷酮， 搅拌过夜，然后将所得溶液转移至100mL反应釜中，160℃水热反应24h，水 热反应结束后，将水热反应产物冷却至室温，然后用乙醇和去离子水交替离 心洗涤六次，洗涤结束后，于60℃真空干燥8h，得到菊花状硫化铋粉末；
(2)将直径38mm，厚10mm的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇中预处理 3h，预处理结束后，将预处理产物捞出，于50℃下空气干燥3h，得到预处 理聚氨酯海绵；
(3)将所述步骤(1)得到的菊花状硫化铋粉末0.0478g分散于9.559mL N,N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌下加入0.7855g聚偏氟乙烯，得到硫化铋与聚 偏氟乙烯混合浆体；
(4)将所述步骤(3)得到的硫化铋与聚偏氟乙烯混合浆体在所述步骤 (2)得到的预处理聚氨酯海绵表面均匀滴涂一层，静置5min，得到预涂覆 的聚氨酯海绵；
(5)将所述步骤(4)得到的预涂覆的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇 中，进行24h相转化反应，然后以去离子水洗涤，得到菊花状硫化铋与聚偏 氟乙烯复合聚氨酯海绵。
本实施例步骤(1)制备得到的菊花状硫化铋粉末不同倍率下的扫描电 镜图片如图1b所示。其X射线衍射图如图2所示。其紫外可见吸收光谱如图3 所示。
将本实施例步骤(5)制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨 酯海绵应用于太阳能蒸汽化领域时，包括以下步骤：
将制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵放入装有 50mL纯水的50mL烧杯中；在光照强度为1000W m-2照射40min。采用与实施 例1相同的计算方法，测试本实施例菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯 海绵的蒸汽化速率。
本实施例步骤(5)制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯 海绵一个太阳下蒸汽质量损失如图7所示。
实施例4
(1)取0.4851g五水硝酸铋溶解于6mL乙酸，然后以80mL去离子水稀 释，搅拌下依次加入0.1503g硫代乙酰胺、0.6g尿素、0.8g聚乙烯吡咯烷酮， 搅拌过夜，然后将所得溶液转移至100mL反应釜中，160℃水热反应24h，水 热反应结束后，将水热反应产物冷却至室温，然后用乙醇和去离子水交替离 心洗涤六次，洗涤结束后，于60℃真空干燥8h，得到菊花状硫化铋粉末；
(2)将直径38mm，厚10mm的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇中预处理 3h，预处理结束后，将预处理产物捞出，于50℃下空气干燥3h，得到预处 理聚氨酯海绵；
(3)将所述步骤(1)得到的菊花状硫化铋粉末0.0478g分散于9.559mL N,N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌下加入0.7855g聚偏氟乙烯，得到硫化铋与聚 偏氟乙烯混合浆体；
(4)将所述步骤(3)得到的硫化铋与聚偏氟乙烯混合浆体在所述步骤 (2)得到的预处理聚氨酯海绵表面均匀滴涂一层，静置5min，得到预涂覆 的聚氨酯海绵；
(5)将所述步骤(4)得到的预涂覆的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇 中，进行24h相转化反应，然后以去离子水洗涤，得到菊花状硫化铋与聚偏 氟乙烯复合聚氨酯海绵。
本实施例步骤(1)制备得到的菊花状硫化铋粉末不同倍率下的扫描电 镜图片如图1d所示。其X射线衍射图如图2所示。其紫外可见吸收光谱如图3 所示。
将本实施例步骤(5)制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨 酯海绵应用于太阳能蒸汽化领域时，包括以下步骤：
将制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵放入装有 50mL纯水的50mL烧杯中；在光照强度为1000W m-2照射40min。采用与实施 例1相同的计算方法，测试本实施例菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯 海绵的蒸汽化速率。
本实施例步骤(5)制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯 海绵一个太阳下蒸汽质量损失如图7所示。
实施例5
(1)取0.4851g五水硝酸铋溶解于6mL乙酸，然后以80mL去离子水稀 释，搅拌下依次加入0.3005g硫代乙酰胺、0.6g尿素、0.8g聚乙烯吡咯烷酮， 搅拌过夜，然后将所得溶液转移至100mL反应釜中，160℃水热反应24h，水 热反应结束后，将水热反应产物冷却至室温，然后用乙醇和去离子水交替离 心洗涤六次，洗涤结束后，于60℃真空干燥8h，得到菊花状硫化铋粉末；
(2)将直径38mm，厚10mm的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇中预处理 3h，预处理结束后，将预处理产物捞出，于50℃下空气干燥3h，得到预处 理聚氨酯海绵；
(3)将所述步骤(1)得到的菊花状硫化铋粉末0.0478g分散于9.559mL N,N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌下加入0.7855g聚偏氟乙烯，得到硫化铋与聚 偏氟乙烯混合浆体；
(4)将所述步骤(3)得到的硫化铋与聚偏氟乙烯混合浆体在所述步骤 (2)得到的预处理聚氨酯海绵表面均匀滴涂一层，静置5min，得到预涂覆 的聚氨酯海绵；
(5)将所述步骤(4)得到的预涂覆的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇 中，进行24h相转化反应，然后以去离子水洗涤，得到菊花状硫化铋与聚偏 氟乙烯复合聚氨酯海绵。
本实施例步骤(1)制备得到的菊花状硫化铋粉末不同倍率下的扫描电 镜图片如图1e所示。其X射线衍射图如图2所示。其紫外可见吸收光谱如图3 所示。
将本实施例步骤(5)制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨 酯海绵应用于太阳能蒸汽化领域时，包括以下步骤：
将制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵放入装有 50mL纯水的50mL烧杯中；在光照强度为1000W m-2照射40min。采用与实施 例1相同的计算方法，测试本实施例菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯 海绵的蒸汽化速率。
本实施例步骤(5)制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯 海绵一个太阳下蒸汽质量损失如图7所示。
实施例6
(1)取0.4851g五水硝酸铋溶解于6mL乙酸，然后以80mL去离子水稀 释，搅拌下依次加入0.1127g硫代乙酰胺、0.6g尿素、0.8g聚乙烯吡咯烷酮， 搅拌过夜，然后将所得溶液转移至100mL反应釜中，150℃水热反应24h，水 热反应结束后，将水热反应产物冷却至室温，然后用乙醇和去离子水交替离 心洗涤六次，洗涤结束后，于60℃真空干燥8h，得到菊花状硫化铋粉末；
(2)将直径38mm，厚5mm的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇中预处理 3h，预处理结束后，将预处理产物捞出，于50℃下空气干燥3h，得到预处 理聚氨酯海绵；
(3)将所述步骤(1)得到的菊花状硫化铋粉末0.0478g分散于9.559mL N,N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌下加入0.7855g聚偏氟乙烯，得到硫化铋与聚 偏氟乙烯混合浆体；
(4)将所述步骤(3)得到的硫化铋与聚偏氟乙烯混合浆体在所述步骤 (2)得到的预处理聚氨酯海绵表面均匀滴涂一层，静置5min，得到预涂覆 的聚氨酯海绵；
(5)将所述步骤(4)得到的预涂覆的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇 中，进行24h相转化反应，然后以去离子水洗涤，得到菊花状硫化铋与聚偏 氟乙烯复合聚氨酯海绵。
将本实施例步骤(5)制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨 酯海绵应用于太阳能蒸汽化领域时，包括以下步骤：
将制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵放入装有 50mL纯水的50mL烧杯中；在光照强度为1000W m-2照射40min。采用与实施 例1相同的计算方法，测试本实施例菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯 海绵的蒸汽化速率。
实施例7
(1)取0.4851g五水硝酸铋溶解于6mL乙酸，然后以80mL去离子水稀 释，搅拌下依次加入0.1127g硫代乙酰胺、0.6g尿素、0.8g聚乙烯吡咯烷酮， 搅拌过夜，然后将所得溶液转移至100mL反应釜中，170℃水热反应24h，水 热反应结束后，将水热反应产物冷却至室温，然后用乙醇和去离子水交替离 心洗涤六次，洗涤结束后，于60℃真空干燥8h，得到菊花状硫化铋粉末；
(2)将直径38mm，厚10mm的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇中预处理 3h，预处理结束后，将预处理产物捞出，于50℃下空气干燥3h，得到预处 理聚氨酯海绵；
(3)将所述步骤(1)得到的菊花状硫化铋粉末0.0478g分散于9.559mL N,N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌下加入0.7855g聚偏氟乙烯，得到硫化铋与聚 偏氟乙烯混合浆体；
(4)将所述步骤(3)得到的硫化铋与聚偏氟乙烯混合浆体在所述步骤 (2)得到的预处理聚氨酯海绵表面均匀滴涂一层，静置5min，得到预涂覆 的聚氨酯海绵；
(5)将所述步骤(4)得到的预涂覆的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇 中，进行24h相转化反应，然后以去离子水洗涤，得到菊花状硫化铋与聚偏 氟乙烯复合聚氨酯海绵。
将本实施例步骤(5)制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨 酯海绵应用于太阳能蒸汽化领域时，包括以下步骤：
将制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵放入装有 50mL纯水的50mL烧杯中；在光照强度为1000W m-2照射40min。采用与实施 例1相同的计算方法，测试本实施例菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯 海绵的蒸汽化速率。
实施例8
(1)取0.4851g五水硝酸铋溶解于6mL乙酸，然后以80mL去离子水稀 释，搅拌下依次加入0.1127g硫代乙酰胺、0.6g尿素、0.8g聚乙烯吡咯烷酮， 搅拌过夜，然后将所得溶液转移至100mL反应釜中，160℃水热反应22h，水 热反应结束后，将水热反应产物冷却至室温，然后用乙醇和去离子水交替离 心洗涤六次，洗涤结束后，于60℃真空干燥8h，得到菊花状硫化铋粉末；
(2)将直径38mm，厚15mm的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇中预处理 3h，预处理结束后，将预处理产物捞出，于50℃下空气干燥3h，得到预处 理聚氨酯海绵；
(3)将所述步骤(1)得到的菊花状硫化铋粉末0.0478g分散于9.559mL N,N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌下加入0.7855g聚偏氟乙烯，得到硫化铋与聚 偏氟乙烯混合浆体；
(4)将所述步骤(3)得到的硫化铋与聚偏氟乙烯混合浆体在所述步骤 (2)得到的预处理聚氨酯海绵表面均匀滴涂一层，静置5min，得到预涂覆 的聚氨酯海绵；
(5)将所述步骤(4)得到的预涂覆的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇 中，进行24h相转化反应，然后以去离子水洗涤，得到菊花状硫化铋与聚偏 氟乙烯复合聚氨酯海绵。
将本实施例步骤(5)制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨 酯海绵应用于太阳能蒸汽化领域时，包括以下步骤：
将制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵放入装有 50mL纯水的50mL烧杯中；在光照强度为1000W m-2照射40min。采用与实施 例1相同的计算方法，测试本实施例菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯 海绵的蒸汽化速率。
实施例9
(1)取0.4851g五水硝酸铋溶解于6mL乙酸，然后以80mL去离子水稀 释，搅拌下依次加入0.1127g硫代乙酰胺、0.6g尿素、0.8g聚乙烯吡咯烷酮， 搅拌过夜，然后将所得溶液转移至100mL反应釜中，160℃水热反应26h，水 热反应结束后，将水热反应产物冷却至室温，然后用乙醇和去离子水交替离 心洗涤六次，洗涤结束后，于60℃真空干燥8h，得到菊花状硫化铋粉末；
(2)将直径38mm，厚10mm的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇中预处理 3h，预处理结束后，将预处理产物捞出，于50℃下空气干燥3h，得到预处 理聚氨酯海绵；
(3)将所述步骤(1)得到的菊花状硫化铋粉末0.0478g分散于9.559mL N,N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌下加入0.7855g聚偏氟乙烯，得到硫化铋与聚 偏氟乙烯混合浆体；
(4)将所述步骤(3)得到的硫化铋与聚偏氟乙烯混合浆体在所述步骤 (2)得到的预处理聚氨酯海绵表面均匀滴涂一层，静置5min，得到预涂覆 的聚氨酯海绵；
(5)将所述步骤(4)得到的预涂覆的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇 中，进行24h相转化反应，然后以去离子水洗涤，得到菊花状硫化铋与聚偏 氟乙烯复合聚氨酯海绵。
将本实施例步骤(5)制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨 酯海绵应用于太阳能蒸汽化领域时，包括以下步骤：
将制备得到的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵放入装有 50mL纯水的50mL烧杯中；在光照强度为1000W m-2照射40min。采用与实施 例1相同的计算方法，测试本实施例菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯 海绵的蒸汽化速率。
实施例10
(1)将直径38mm，厚10mm的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇中预处理 3h，预处理结束后，将预处理产物捞出，于50℃下空气干燥3h，得到预处 理聚氨酯海绵；
(2)将所述步骤(1)得到的预处理聚氨酯海绵表面浸入3mL N,N-二甲 基甲酰胺溶液中，静置5min，得到预涂覆的聚氨酯海绵；
(3)将所述步骤(2)得到的预涂覆的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇 中，进行24h相转化反应，然后以去离子水洗涤，得到改性的聚氨酯海绵。
将本实施例步骤(3)制备得到的改性的聚氨酯海绵应用于太阳能蒸汽 化领域时，包括以下步骤：
将制备得到的改性的聚氨酯海绵放入装有50mL纯水的50mL烧杯中；在 光照强度为1000W m-2照射40min。其蒸气质量损失效果图如图5所示。采用 与实施例1相同的计算方法，测试本实施例菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合 聚氨酯海绵的蒸汽化速率。
实施例11
(1)将直径38mm，厚10mm的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇中预处理 3h，预处理结束后，将预处理产物捞出，于50℃下空气干燥3h，得到预处 理聚氨酯海绵；
(2)搅拌中，将0.7855g聚偏氟乙烯加入9.559mL N,N-二甲基甲酰胺溶 液中，得到聚偏氟乙烯浆体；
(3)将所述步骤(2)得到的聚偏氟乙烯浆体在所述步骤(1)得到的 预处理聚氨酯海绵表面均匀滴涂一层，静置5min，得到预涂覆的聚氨酯海绵；
(4)将所述步骤(3)得到的预涂覆的聚氨酯海绵浸入30mL无水乙醇 中，进行24h相转化反应，然后以去离子水洗涤，得到聚偏氟乙烯复合聚氨 酯海绵。
本实施例步骤(4)制备得到的聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵的导热系数 测试结果如图11a所示。
将本实施例步骤(4)制备得到的聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵应用于太 阳能蒸汽化领域时，包括以下步骤：
将制备得到的聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵放入装有50mL纯水的50mL烧 杯中；在光照强度为1000W m-2照射40min。采用与实施例1相同的计算方法， 测试本实施例菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵的蒸汽化速率。其 蒸气质量损失效果图如图5所示。
对比例1
将50mL纯水装入50mL烧杯中；在光照强度为1000W·m-2照射40min。
对比例2
将直径38mm、厚10mm的聚氨酯海绵放入装有50mL纯水的50mL烧 杯中；在光照强度为1000W·m-2照射40min。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)取0.4851g五水硝酸铋溶解于6mL乙酸，然后以80mL去离子水稀释，搅拌下依次加入0.1127g硫代乙酰胺、0.6g尿素、0.8g聚乙烯吡咯烷酮，搅拌过夜，然后将所得溶液转移至100mL反应釜中，160℃水热反应24h，水热反应结束后，将水热反应产物冷却至室温，然后用乙醇和去离子水交替离心洗涤三次共六次，洗涤结束后，于60℃真空干燥8h，得到菊花状硫化铋粉末；
2)将聚氨酯海绵放入乙醇中浸泡后干燥，得到预处理聚氨酯海绵；
3)将所述步骤1)得到的所述菊花状硫化铋粉末分散于N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌下加入聚偏氟乙烯，得到硫化铋与聚偏氟乙烯混合浆体；
4)将所述步骤3)得到的所述硫化铋与聚偏氟乙烯混合浆体在步骤2)得到的所述预处理聚氨酯海绵表面均匀滴涂一层，静置，得到预涂覆的聚氨酯海绵；
5)将步骤4)得到的所述预涂覆的聚氨酯海绵浸入乙醇中，进行相转化反应，然后以去离子水洗涤，得到所述菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵。
2.根据权利要求1所述的一种菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中聚氨酯海绵厚5～15mm，浸泡时间为3-5h，干燥条件为50-60℃下空气干燥2-5h。
3.根据权利要求1所述的一种菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中所述聚偏氟乙烯相对于N,N-二甲基甲酰胺的质量分数为4wt％～16wt％，所述菊花状硫化铋相对于N,N-二甲基甲酰胺的质量分数为0.25wt％～0.75wt％。
4.根据权利要求1所述的一种菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中所述菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯混合浆体的用量与所述聚氨酯海绵表面比为0.25～0.75ml/cm2，静置时间为2～10min；所述步骤5)中相转化反应时间为20-30h。
5.一种菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵，其特征在于，根据权利要求1-4任一项所述的一种菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵的制备方法制备而成。
6.一种使用如权利要求5所述的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵进行太阳能蒸汽化方法，其特征在于，其包括如下步骤：
1)将所述菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵用水预湿，然后放入装有纯水的透明敞口容器中；
2)将步骤1)中的装置进行光照，记录照射过程中整个装置的质量随时间的变化。
7.根据权利要求6所述的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵进行太阳能蒸汽化方法，其特征在于，所述光照的光照强度为1000Wm-2，持续照射40min。
8.根据权利要求6所述的菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵进行太阳能蒸汽化方法，其特征在于，还包括步骤3)：计算所述菊花状硫化铋与聚偏氟乙烯复合聚氨酯海绵的蒸汽化速率和蒸汽化效率；
其中，所述蒸汽化速率：ν＝M÷(S×t),其中，M为蒸汽化实验时间内的蒸发水的质量，单位为kg；S为复合材料的面积，单位为m2；t为蒸汽化实验的时间，单位为h；ν为蒸汽化速率，单位为kgm-2h-1；
所述蒸汽化效率：η＝(3600ν×hlv)÷Copt×100％，ν为蒸汽化速率，hlv为液体到气体的相转变过程的焓变值，单位为kJ kg-1；Copt为光照强度，单位为kW m-2，η为蒸汽化效率，单位为1。
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"花状硫化铋纳米结构的制备及其光热特性研究";梁焕喜等;《青岛科技大学学报(自然科学版)》;20151231;第36卷(第6期);第617-621页 *

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