CN111023601B - 一种玄武岩纤维织物在光热转化中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光热转化材料技术领域，具体涉及玄武岩纤维织物在光热转化中的应用。将玄武岩纤维织物置于泡沫隔热层表面形成光热转化层，将玄武岩纤维织物/泡沫隔热层组合件置于水表面或将水导入到玄武岩纤维织物上，通过光热转化升温作用促进水的蒸发，且改性后的玄武岩纤维织物表现的光热转化能力更好。相比于现有的光热转化材料，玄武岩纤维作具有性价比高、拉伸强度大、耐腐蚀性能好，且使用寿命长等优点，具有良好的应用前景。

Description

一种玄武岩纤维织物在光热转化中的应用
技术领域
本发明涉及光热转化材料技术领域，具体涉及玄武岩纤维织物在光热转化中的应用。
背景技术
随着世界经济和技术的快速发展，导致了全球气候变化和水资源的严重匮乏。在过去几十年中，利用反渗透技术进行海水淡化已成为从海水中获得纯净水的常用技术。然后，反渗透处理过程中，需要过高的压力和电力，此过程中会消耗大量的能源，从而增加水处理的成本。近年来，直接利用太阳能进行海水淡化技术逐渐受到科研工作者和先进的环保科技公司的关注，通过利用各种光热材料收集和转换太阳能来产生可直接饮用的水，这项技术有望成为反渗透法淡化海水的替代技术。
目前的光热转化材料主要有碳基材料、等离激元材料以及半导体材料等，上述材料由于其自身的物理化学性能，在高温度、高湿度和高腐蚀等极端环境下存在应用局限，比如在高盐海水(10wt％)、苦咸水、强极性有机溶剂、油水乳液等多介质中，材料性能不稳定。
当今世界各国都在大力推行可持续发展战略，因此绿色材料的利用显得尤为重要。玄武岩纤维是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料，玄武岩纤维的生产工艺无挥发性物质及废弃物产生，对环境无污染，并且产品废弃后可直接在环境中通过物理或者化学方式降解，无任何危害，因而是一种名副其实的绿色环保材料。玄武岩连续纤维不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。我国已把玄武岩纤维列为国家重点发展的四大纤维之一。因此开发基于玄武岩纤维的高附加值产品，不仅符合国家发展战略，还可以产生较高的经济价值。
发明内容
为解决传统光热转化材料在极端环境下性能不稳定的问题，本发明目的在于提供一种具有光热转化功能的玄武岩纤维织物，该纤维织物具有性价比高，生产环保的特点，且具有耐腐蚀、耐高温等优良性能，具有较好的应用前景。
本发明具体技术方案如下：
一种玄武岩纤维织物在光热转化中的应用，将玄武岩纤维织物置于泡沫隔热层表面形成光热转化层，将玄武岩纤维织物/泡沫隔热层组合件置于水表面或将水导入到玄武岩纤维织物上，通过光热转化升温作用促进水的蒸发。
玄武岩纤维织物在光热转化中的应用具体包括以下步骤：
1)用玄武岩纤维制备玄武岩纤维织物；
2)将泡沫隔热层置于水表面，将上述步骤1)中的玄武岩纤维织物置于泡沫隔热层表面形成光热转化层，促进水的蒸发。
具体的，上述步骤2)中的水为海水或污水。
具体的，上述步骤2)中的玄武岩纤维织物为改性的玄武岩纤维织物。
上述任一项玄武岩纤维织物在光热转化中的应用中，所述玄武岩纤维的直径为5-21um，编织成不同规格的织物，为平纹或斜纹玄武岩织物。
本发明还提供上述改性的玄武岩纤维织物的制备方法，即将玄武岩纤维织物置于管式炉中，在氩气的环境中以2-20℃/min的速率范围中任意值进行加热至500-600℃，恒温固定时间后以2-20℃/min的速率范围中任意值冷却至室温，获得改性后的玄武岩纤维织物。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种具有光热转化功能的玄武岩纤维织物，它是以天然玄武岩石材作为原料，经过高温熔融后拉丝成玄武岩纤维，进一步通过编制成玄武岩纤维织物，且改性后的玄武岩纤维织物表现的光热转化能力更好；相比于现有的光热转化材料，玄武岩纤维作具有性价比高、拉伸强度大、耐腐蚀性能好，且使用寿命长等优点，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1中玄武岩纤维的扫描电子显微镜照片；
图2为本发明实施例1中玄武岩纤维吸水能力；
图3为本发明实施例2中玄武岩纤维与改性玄武岩纤维在不同太阳光下的光热效率对比图；
图4为本发明实施例2中改性玄武岩纤维光热织物去除前后海水中离子的浓度；
图5为本发明实施例2中改性前后玄武岩纤维吸光度测试结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
本发明的玄武岩纤维织物，其为平纹或斜纹玄武岩纤维织物，其中的纤维呈经纬方向十字交叉排列，所述玄武岩纤维织物边线采用棉线进行锁边。
本发明采用纬向编织方式制备所述玄武岩纤维织物，其中，连续玄武岩纤维经过剑杆式多臂碳纤维编织机，利用纬向编织技术，制成平纹或斜纹玄武岩织物。
玄武岩纤维织物的制备步骤如下：
(1)首先将连续玄武岩纤维卷筒挂于纱架上，分别将纱头引出至纱架导纱孔外；
(2)然后将导纱孔外玄武岩纤维集中牵引至剑杆式多臂纤维编织机的导纱装置；
(3)将每根玄武岩纤维进行穿筘操作，分组打结，引入编织机；
(4)纬线先予以机器退绕至纸箱中，将纸箱放入织布机的左侧，纬纱经过纱线张力控制装置，直接从机器侧门穿过到达导纱器，然后进入编织区；
(5)调整好机器的尾密牙，按技术规定织造出符合要求的玄武岩纤维织物。
玄武岩纤维织物在光热转化中的应用如下：
取洁净的500mL的烧杯，向烧杯中分别倒入400mL海水，然后将玄武岩纤维织物置于约1cm厚直径约9cm直径的圆形泡沫层上，再将玄武岩纤维/泡沫层组合件置于烧杯中的水面上，玄武岩纤维织物在最上方，最后将上述装置置于电子天平上，将质量归零，分别在1～4个标准太阳光强下进行海水蒸发，测量烧杯中水的重量。
图1为本发明实施例1中玄武岩纤维的扫描电子显微镜照片；从图中可以看出，玄武岩纤维表面较为光滑。
图2为本发明实施例1中玄武岩纤维吸水能力；从图中可知玄武岩纤维织物吸水前和吸水后含水量差距不大，说明玄武岩纤维织物本身的吸水情况并不影响光热转化能力的测定。
实施例2
与实施例1不同点在于：
在玄武岩纤维织物光热转化的应用，增加对玄武岩纤维织物改性的实验流程，具体为将玄武岩纤维织物置于管式炉中，在氩气的环境中以2℃/min的速率进行加热至500℃，恒温180min后以2℃/min的速率冷却至室温，获得改性后的玄武岩纤维织物。
比较实施例1的玄武岩纤维织物与实施例2的改性玄武岩纤维织物在不同太阳光下的光热效率，如图3所示；从曲线中可以看出玄武岩纤维光热织物海水蒸发效率在一个太阳光下为1.2kg/m2·h，改性后可以达到1.5kg/m2·h，四个太阳光下，其蒸发效率分别为4.9kg/m2·h和5.4kg/m2·h，说明改性后玄武岩纤维光热水蒸发效率得到了提高。
比较实施例2中的改性玄武岩纤维光热织物在蒸发蒸馏去除前后海水中离子的浓度，如图4所示；从图中可以看出玄武岩纤维光热织物对于海水去除率比较高，对于Na1+、K1 +、Ca2+、Mg2+离子的去除率均可以达到99.9％。
比较实施例2玄武岩纤维改性前后吸光度测试结果，如图5所示；从图中可知改性后的玄武岩纤维光热织物相比于改性前的玄武岩纤维光热织物有更高的光吸收能力。
实施例3
与实施例1不同点在于：
在玄武岩纤维织物光热转化的应用，增加对玄武岩纤维织物改性的实验流程，具体为将玄武岩纤维织物置于管式炉中，在氩气的环境中以2℃/min的速率进行加热至500℃，恒温180min后以2℃/min的速率冷却至室温，获得改性后的玄武岩纤维织物。
实施例4
与实施例1不同点在于：
在玄武岩纤维织物光热转化的应用，增加对玄武岩纤维织物改性的实验流程，具体为将玄武岩纤维织物置于管式炉中，在氩气的环境中以5℃/min的速率进行加热至600℃，恒温120min后以5℃/min的速率冷却至室温，获得改性后的玄武岩纤维织物；
实施例5
与实施例1不同点在于：
在玄武岩纤维织物光热转化的应用，增加对玄武岩纤维织物改性的实验流程，具体为将玄武岩纤维织物置于管式炉中，在氩气的环境中以20℃/min的速率进行加热至600℃，恒温120min后以20℃/min的速率冷却至室温，获得改性后的玄武岩纤维织物。

Claims (4)

1.一种玄武岩纤维织物在光热转化中的应用，其特征在于：将玄武岩纤维织物置于泡沫隔热层表面形成光热转化层，将玄武岩纤维织物/泡沫隔热层组合件置于水表面或将水导入到玄武岩纤维织物上，通过光热转化升温作用促进水的蒸发；所述玄武岩纤维织物为改性后的玄武岩纤维织物，通过置于管式炉中，在氩气的环境中以2-20℃/min的速率范围中任意值进行加热至500-600℃，恒温固定时间后以2-20℃/min的速率范围中任意值冷却至室温得到。
2.根据权利要求1所述的玄武岩纤维织物在光热转化中的应用，其特征在于：所述玄武岩纤维织物在光热转化中的应用包括以下步骤：
1)用玄武岩纤维制备玄武岩纤维织物；
2)将泡沫隔热层置于水表面，将上述步骤1)中的玄武岩纤维织物置于泡沫隔热层表面形成光热转化层，促进水的蒸发。
3.根据权利要求2所述的玄武岩纤维织物在光热转化中的应用，其特征在于：所述步骤2)中水为海水或污水。
4.根据权利要求1～3任一项 所述的玄武岩纤维织物在光热转化中的应用，其特征在于：玄武岩纤维的直径为5-21um，编织成不同规格的织物，为平纹或斜纹玄武岩纤维织物。
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