CN110713203A - 一种CuS/炭黑复合光热转换材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CuS/炭黑复合光热转换材料及其制备方法，CuS/炭黑复合光热转换材料的化学式为(1‑x)CuS/xC，其中炭黑质量x的取值为10%~30%，其制备方法包括以下步骤：1）称取CuCl2·H2O、Na2S2O3·5H2O和葡萄糖，溶解于蒸馏水中，搅拌均匀，得到溶液A，然后在搅拌过程中，向溶液A中滴加乙二醇，得到黄绿色悬浊液B；2）将悬浊液B转移至反应釜中，加蒸馏水填充至反应釜体积的70%~80%，将反应釜放入烘箱中在160~180℃温度下水热处理6~8h；3）悬浊液B经水热处理反应完全后自然冷却到室温，离心沉降收集黑色沉淀物，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤2~3次，然后在60~70℃干燥6~8h，即得到CuS/炭黑复合光热转换材料；本发明制备的光热转换材料光热转化效率高、制备方法简单、易于控制，生产成本低。

Description

一种CuS/炭黑复合光热转换材料及其制备方法
技术领域
本发明属于光热转换材料技术领域，具体涉及一种CuS/炭黑复合光热转换材料及其制备方法。
背景技术
随着人类文明的发展，人口数目的激增，对淡水资源的需求也与日俱增，但可供人们利用的淡水仅约占总水量的1.03%，远远无法满足人们日常所需。海水约占总水量的97%，利用丰富的海水资源以得到淡水资源是解决淡水供不应求难题的有效途径。太阳能光热转换技术是指将太阳辐射能转换为热能的利用技术，广泛应用于污水处理、海水淡化、脱盐及生产高压蒸汽等领域。太阳能光热转换材料是一种能吸收太阳光并转化成热能，用于加速水分蒸发的材料，可被用于海水淡化、废水处理等诸多领域。目前的光热转换材料，如碳材料具有天然的黑色属性，在整个太阳光谱范围内都具有良好的吸收，是一种极佳的光吸收材料，其性能稳定，在激光的照射下仍能保持优良的性能，同时碳材料具有价格低廉的优点，因而广泛地应用于光热转换方面，但是碳材料的制备和功能化的条件较为苟刻。针对上述碳材料的应用弊端，人们开始引入半导体光热材料，其种类较丰富且制备成本低，最常见的半导体光热材料为硫化铜和硒化铜等铜硫族纳米材料，但是这种材料的光热转换效率随粒径的减小而降低，光热稳定性低。因此，开发高效率、价格低廉且可大规模应用的光热转换材料是一项极具难度的挑战。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种CuS/炭黑复合光热转换材料及其制备方法，该制备方法所用设备简单，材料组分易于控制，适用于大批量生产，制备的CuS/炭黑复合光热转换材料兼具CuS高的近红外光吸收及炭黑稳定性好的优点，光热转换效率高。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种CuS/炭黑复合光热转换材料，化学式为(1-x)CuS/xC，其中x为炭黑质量占CuS/炭黑复合光热转换材料总质量的百分比，x的取值为10 %~30%。
上述CuS/炭黑复合光热转换材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）称取CuCl2·H2O、Na2S2O3·5H2O和葡萄糖，溶解于蒸馏水中，搅拌均匀，得到溶液A，然后在搅拌过程中，向溶液A中滴加乙二醇，得到黄绿色悬浊液B；
2）将悬浊液B转移至反应釜中，并加蒸馏水填充至反应釜中，然后将反应釜放入烘箱中进行热处理；
3）悬浊液B经水热处理反应完全后自然冷却到室温，离心沉降收集黑色沉淀物，并分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤，然后进行干燥处理，即得到CuS/炭黑复合光热转换材料。
进一步地，步骤1）中，CuCl2·H2O和Na2S2O3·5H2O的摩尔比为1:1.5~1:2，蒸馏水和乙二醇的体积比为1:1~3:1。
进一步地，步骤2）中，悬浊液B转移至反应釜中后，蒸馏水填充至反应釜体积的70%~80%，加蒸馏水填充反应釜后，Cu2+离子的浓度为0.2~0.3mol/L。
进一步地，步骤2）中热处理条件为160~180℃下热处理6~8h。
进一步地，步骤3）中蒸馏水和无水乙醇分别洗涤黑色沉淀物2~3次，先用蒸馏水洗，后用无水乙醇洗。
进一步地，步骤3）中干燥处理条件为：60~70℃下干燥6~8 h。
本发明具有以下有益效果：本发明提供的CuS/炭黑复合光热转换材料的制备方法工艺合成及控制所需仪器设备简单，材料组分易于控制，进一步降低了生产成本，适合大批量生产；采用上述制备方法制得的CuS/炭黑复合光热转换材料同时具有CuS高的近红外光吸收及炭黑稳定性好的优点，能有效地将太阳光的光能转换成热能，光热转换效率高，在海水淡化领域具有很好的前景。
附图说明
图1是本发明实施例1所制备的CuS/炭黑复合光热转换材料的X射线衍射谱图；
图2是本发明实施例1所制备的CuS/炭黑复合光热转换材料的扫描电镜图；
图3是本发明实施例1所制备的CuS/炭黑复合光热转换材料的可见-近红外吸收光谱图。
具体实施方式
以下结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。
下述实施例中所使用的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所用的试剂，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
本发明的一种CuS/炭黑复合光热转换材料，其化学式为(1-x)CuS/xC，其中x为炭黑质量占总质量的百分比，本例中x = 20%，该光热转换材料的具体制备步骤如下：
1）分别称取1.3445g（10mmol）的CuCl2·H2O，4.4674g（18mmol）的Na2S2O3·5H2O，0.5975g（3.32mmol）的葡萄糖，溶于20mL蒸馏水中，搅拌均匀，得到溶液A，在搅拌过程中，向溶液A中滴加15 mL乙二醇，得到黄绿色悬浊液B。
2）将悬浊液B转移至反应釜中，加蒸馏水填充至反应釜体积的80%，然后将反应釜放入烘箱中在180℃温度下水热处理6h。
3）悬浊液B经水热处理反应完全后自然冷却到室温，离心沉降收集黑色沉淀物，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤3次（先用蒸馏水洗，后用无水乙醇洗），然后在65℃干燥7h，即得到CuS/炭黑复合光热转换材料。
如图1所示的CuS/炭黑复合光热转换材料的X射线衍射谱图，其衍射峰与CuS的标准衍射峰（JCPDS: 09-0432）相对应，在21°附近较宽的衍射峰为C，说明样品的主要成分为CuS与炭黑；
如图2所示的CuS/炭黑复合光热转换材料的扫描电镜图，从图中可以看出炭黑为球状，直径约1～2μm，CuS为纳米颗粒状，尺寸约为20～50nm；
如图3所示的CuS/炭黑复合光热转换材料的可见-近红外吸收光谱图，从图中可以看出，样品在可见光区和近红外区均表现出较好的吸收率，在400～1400 nm波长范围内，吸收率达到83.8%～96.5%，说明CuS/炭黑复合光热转换材料具有很好的潜在光热转换能力。
实施例2
本发明CuS/炭黑复合光热转换材料，化学式为(1-x)CuS/xC，其中x为炭黑的质量占总质量的百分比，本例中x = 10 %。其具体制备步骤如下：
1）分别称取1.3445g（10mmol）的CuCl2·H2O，4.9638g（20mmol）的Na2S2O3·5H2O，0.2655g（1.47mmol）的葡萄糖，溶于25mL蒸馏水中，搅拌均匀，得到溶液A，在搅拌过程中，向溶液A中滴加10mL乙二醇，得到黄绿色悬浊液B；
2）将悬浊液B转移至反应釜中，加蒸馏水填充至反应釜体积的75%，将反应釜放入烘箱中在160℃温度下水热处理8h；
3）悬浊液B经水热处理反应完全后自然冷却到室温，离心沉降收集黑色沉淀物，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤2次（先用蒸馏水洗，后用无水乙醇洗）；然后在60℃干燥8h，即得到CuS/炭黑复合光热转换材料。
实施例3：
本发明的一种CuS/炭黑复合光热转换材料，化学式为(1-x)CuS/xC，其中x为炭黑的质量占总质量的百分比，本例中x = 30 %。其具体制备步骤如下：
1）分别称取1.3445g（10mmol）的CuCl2·H2O，3.7228g（15mmol）的Na2S2O3·5H2O，1.0243g（5.68mmol）的葡萄糖，溶于15mL蒸馏水中，搅拌均匀，得到溶液A，在搅拌过程中，向溶液A中滴加10mL乙二醇，得到黄绿色悬浊液B；
2）将悬浊液B转移至反应釜中，加蒸馏水填充至反应釜体积的80%，将反应釜放入烘箱中在170℃温度下水热处理7h。
3）悬浊液B经水热处理反应完全后自然冷却到室温，离心沉降收集黑色沉淀物，分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤3次（先用蒸馏水洗，后用无水乙醇洗）；然后在70℃干燥6h，即得到CuS/炭黑复合光热转换材料。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种CuS/炭黑复合光热转换材料，其特征在于，该CuS/炭黑复合光热转换材料的化学式为(1-x)CuS/xC，其中x为炭黑质量占CuS/炭黑复合光热转换材料总质量的百分比，x的取值为10 %~30%。
2.权利要求1所述的CuS/炭黑复合光热转换材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）称取CuCl2·H2O、Na2S2O3·5H2O和葡萄糖，溶解于蒸馏水中，搅拌均匀，得到溶液A，然后在搅拌过程中，向溶液A中滴加乙二醇，得到黄绿色悬浊液B；
2）将悬浊液B转移至反应釜中，并加蒸馏水填充至反应釜中，然后将反应釜放入烘箱中进行热处理；
3）悬浊液B经热处理后自然冷却到室温，离心沉降收集黑色沉淀物，并分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤，然后进行干燥处理，即得到CuS/炭黑复合光热转换材料。
3.根据权利要求2所述的CuS/炭黑复合光热转换材料的制备方法，其特征在于：步骤1）中，CuCl2·H2O和Na2S2O3·5H2O的摩尔比为1:1.5~1:2，蒸馏水和乙二醇的体积比为1:1~3:1。
4.根据权利要求3所述的CuS/炭黑复合光热转换材料的制备方法，其特征在于：步骤2）中，悬浊液B转移至反应釜中后，蒸馏水填充至反应釜体积的70%~80%，加蒸馏水填充反应釜后，Cu2+离子的浓度为0.2~0.3mol/L。
5.根据权利要求4所述的CuS/炭黑复合光热转换材料的制备方法，其特征在于：步骤2）中热处理条件为160~180℃下热处理6~8h。
6.根据权利要求5所述的CuS/炭黑复合光热转换材料的制备方法，其特征在于：步骤3）中蒸馏水和无水乙醇分别洗涤黑色沉淀物2~3次，先用蒸馏水洗，后用无水乙醇洗。
7.根据权利要求6所述的CuS/炭黑复合光热转换材料的制备方法，其特征在于：步骤3）中干燥处理条件为：60~70℃下干燥6~8 h。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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