CN111336699B - 一种亚麻纤维基光热转换材料的制备及在海水淡化中的应用 - Google Patents
一种亚麻纤维基光热转换材料的制备及在海水淡化中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111336699B CN111336699B CN202010164353.0A CN202010164353A CN111336699B CN 111336699 B CN111336699 B CN 111336699B CN 202010164353 A CN202010164353 A CN 202010164353A CN 111336699 B CN111336699 B CN 111336699B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- conversion material
- photothermal conversion
- flax fiber
- based photothermal
- flax
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 73
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 title claims abstract description 71
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 title claims abstract description 71
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 239000013535 sea water Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 42
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 42
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229920006327 polystyrene foam Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 229920003009 polyurethane dispersion Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000009941 weaving Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 7
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 5
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 5
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 3
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 2
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 21
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 9
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 6
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 3
- 238000005185 salting out Methods 0.000 description 3
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 2
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002384 drinking water standard Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 1
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000001392 ultraviolet--visible--near infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
- C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
- C02F1/14—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation using solar energy
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
- D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
- D06M15/37—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D06M15/564—Polyureas, polyurethanes or other polymers having ureide or urethane links; Precondensation products forming them
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S70/00—Details of absorbing elements
- F24S70/10—Details of absorbing elements characterised by the absorbing material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
- D06M2101/02—Natural fibres, other than mineral fibres
- D06M2101/04—Vegetal fibres
- D06M2101/06—Vegetal fibres cellulosic
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
- Y02A20/138—Water desalination using renewable energy
- Y02A20/142—Solar thermal; Photovoltaics
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
- Y02A20/208—Off-grid powered water treatment
- Y02A20/212—Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
Abstract
本发明提供了一种亚麻纤维基光热转换材料的制备，是将单根亚麻纤维编织成网状结构，经蜡烛灰/聚氨酯分散喷涂干燥后得到亚麻纤维基光热转换材料，将其镶嵌在具有特殊结构的聚苯乙烯泡沫隔热装置上形成太阳能驱动的亚麻纤维基光热转化材料蒸汽生成器。该蒸汽生成器具有优异的光吸收性能、良好的隔热性能和充足水供应等特点，可用于海水淡化，并且具有蒸发速率高、能量转换效率高、蒸汽生成率高等优点。此外，本发明所使用的亚麻纤维和隔热装置具有成本效益高、制备简单、易于扩大化生产以及环境友好等特点，为海水淡化尤其是高浓度海水淡化长期、高效、稳定运行提供了新的有效途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种亚麻纤维基光热转化材料的制备方法，主要用于海水淡化尤其是高浓度海水淡化，属于光热转化材料领域和分离技术领域。
背景技术
由于水资源的滥用、环境污染和人口增长问题的日益突出，淡水短缺已成为世界范围内日益严重的问题。海水淡化技术普遍被认为是解决饮用水供应问题的有效方法。在过去的几十年中，海水淡化行业的发展取得了巨大的进步，例如反渗透（RO）和多级闪蒸（MSF）技术的应用投产。但是，这些技术由于高投资、高能耗和设备污染腐蚀问题限制了其实际应用。近年来，基于环境友好的能源供应和高效的能量转换效率，太阳能驱动的界面蒸发技术被认为是从海水中获得淡水的有利方法。
迄今为止，许多工作通过提高光热转化材料太阳能吸收率和增加热量管理的方式，获得了较高的蒸发率和能量转换效率。然而，值得强调的是蒸发器界面上快速的水蒸发也可以导致局部盐浓度的增加，而盐的沉积会显著降低太阳吸收并阻塞水的供应路径，从而降低蒸发速率和能量转换效率。目前解决这一问题，现有的方法主要有以下两种：（1）Janus薄膜蒸发器，该方法中薄膜由疏水上层和亲水下层组成，通过这一方法可以有效避免供水直接与蒸发界面接触，从而有效避免了盐析。但是薄膜材料的隔热性能较差，热量管理的缺失使得蒸发率尽管不随着蒸发时间的延长而降低，但所获得的蒸发效率仍不能与现有较高蒸发效率媲美。（2）大孔蒸发结构蒸发器，该方法中蒸发结构不再局限于微纳米级孔径，而是在微纳米级孔径周围也存在毫米级通道，通过大孔径充足的水供应及时溶解析盐，在高浓度海水中实现了较高蒸发率。但是大孔径在解决盐析问题的同时，也因为水体对流加强而伴随着较高的热量散失。
尽管在提高蒸发速率，能量转换效率和阻止盐析方面取得了令人振奋的进展，但将增强的热量管理功能和充足的供水功能集成到一个单一的太阳能蒸发器中以阻止盐分积聚并同时保持高蒸发速率和能量转换效率仍然是一个巨大的挑战。因此，用于平衡增强的热量管理和充足的供水的太阳能蒸发器设计和制造仍需要进一步探索。
发明内容
本发明的目的是提供一种亚麻纤维基光热转化材料的制备方法；
本发明的另一目的是提供上述材料在海水淡化中的应用。
一、亚麻纤维基光热转化材料的制备
本发明亚麻纤维基光热转化材料的制备方法，包括以下工艺步骤：
（1）将从天然亚麻纤维剥离而得的单根亚麻纤维分别用丙酮、蒸馏水、无水乙醇超声，烘干，然后将单根亚麻纤维编织成网状结构。其中，超声时间为10~15 min；干燥温度为60~65 ℃；单根亚麻纤维之间的距离为0.5~1 mm之间。
（2）用载玻片收集蜡烛内焰灰烬，煅烧后将蜡烛灰分散于无水乙醇中，加入聚氨酯水溶性胶，超声形成蜡烛灰/聚氨酯分散液。其中，煅烧温度为400~500℃，煅烧时间为2~3h；蜡烛灰/聚氨酯的乙醇分散液中，蜡烛灰与聚氨酯水溶性胶质量比为1:2~1:3。
（3）将蜡烛灰/聚氨酯分散液喷涂在步骤（1）编制的亚麻纤维网状结构上，干燥，得到亚麻纤维基光热转化材料。其中，干燥温度为60~65 ℃，干燥时间为1~2 h。
图1为亚麻纤维的实物图像和扫描电子显微镜（SEM）图像。如图1a，b所示，原始亚麻纤维呈黄棕色，单根纤维表面光滑。如图1c，d所示，喷涂蜡烛灰后亚麻纤维表面呈黑色，单根纤维表面有微纳米级粗糙结构。基于黑色蜡烛灰固有的光吸收特性和喷涂后所形成的微纳米级粗糙结构的作用，所制备蒸汽生成器具有高的光吸收特性（图4a）。此外，煅烧后的蜡烛灰呈超亲水性，有利于水分的快速传输与供给。
图2为聚苯乙烯隔热装置的实物图像，隔热装置是为了进一步抑制热量向水体的传递，进而提高能量转换效率。
二、亚麻纤维基光热转化材料蒸汽生成器的制作及性能
1、亚麻纤维基光热转化材料蒸汽生成器的制作
将亚麻纤维基光热转化材料镶嵌在聚苯乙烯泡沫隔热装置上部，形成太阳能驱动的亚麻纤维基光热转化材料蒸汽生成器。其中，聚苯乙烯泡沫隔热装置上层中部为高度5mm下凹结构；下凹结构下方为若干贯通孔，所述贯通孔横截面总面积与隔热装置横截面面积比为1:25~1:30；亚麻纤维基光热转化材料与隔热装置下方保持1~2 mm间隙。
2、浸润性测试
空气中对水的接触角测试：将制作好的蒸汽生成器水平放置在接触角测量仪器上，取4 μL水进行测量。
测试结果：上述制做的蒸汽生成器对水的接触角测试及浸润过程测试见图3。蒸汽生成器对水表现为超亲水性，其接触角为20°（图3a）。如图3b所示，水滴在蒸汽生成器表面的整个浸润过程为3秒。
3、光吸收性能测试
将亚麻纤维基光热转化材料裁剪成3 cm × 3 cm尺寸，利用UV-VIS-NIR 紫外光谱仪测试波长为200~2500 nm范围内的光吸收性能。测试结果如图4所示，在200~2500 nm波长范围内光的散射率和透射率几乎为零，由此可见，在该波长范围内亚麻纤维基光热转化材料有优异的光吸收性，光吸收率为98.5 %。
4、隔热性能测试
将亚麻纤维基光热转换材料与聚苯乙烯泡沫隔热体集成的蒸汽发生器，放置于自制敞口容器（30 mm×30 mm×80 mm），利用氙灯模拟太阳光源进行光照实验，分别用电子天平实时监测水体蒸发质量变化，用红外热成像仪实时监测蒸发表面温度变化。测试结果如图5所示：添加有底部隔热装置的蒸发器向水体辐射热量最少（图5c），中间图未添加底部隔热装置的蒸发器次之（图5b），无蒸发装置的热量损失最严重的（图5a）。
5、蒸发性能测试
将亚麻纤维基光热转换材料与聚苯乙烯泡沫隔热体集成的蒸汽发生器，放置于自制敞口容器（30 mm×30 mm×80 mm），利用氙灯模拟太阳光源进行光照实验。测试溶液浓度为0wt%, 3.5 wt%, 5 wt%, 10 wt%, 15 wt%, 20 wt% 氯化钠溶液。测试结果如图6a、6b所示：在一个小时稳定测试时间内，集成的蒸汽发生器的蒸汽生成率基本没有变化，能够保持较高蒸发率（1.545 kg·m-2·h-1 , 1.498 kg·m-2·h-1 , 1.482 kg·m-2·h-1 , 1.467kg·m-2·h-1 , 1.448 kg·m-2·h-1 , 1.447 kg·m-2·h-1），相应转化率为（96.5 % ,93.4 % , 92.3 % , 91.4 % , 90.1 % , 90.0 %），由此可见，集成的蒸汽发生器不仅在低浓度海水（0wt%, 3.5 wt%）能够保持较高蒸发率，在高浓度海水（5 wt%, 10 wt%, 15 wt%,20 wt%）条件下也能高保持高蒸发率，这极大的拓展了界面蒸发的应用范围。同时离子蒸发前后离子浓度检测也表明，蒸发后收集水蒸汽中的离子浓度均低于世界卫生组织饮用水离子浓度标准（图6c）。
6、循环蒸发性能测试
将亚麻纤维基光热转换材料与聚苯乙烯泡沫隔热体集成的蒸汽发生器，放置于自制敞口容器（30 mm×30 mm×80 mm），利用氙灯模拟太阳光源进行光照实验，测试浓度为20wt% 氯化钠溶液，每天测试持续6小时，连续测试7天。测试结果如图7所示：在为期7天，每天6小时的测试中，集成的蒸汽发生器始终能够保持高的蒸汽生成率。这为界面蒸发的实际应用提供了宝贵的资料，并为进一步推广打下了坚实基础。
综上所述，本发明提供了一种亚麻纤维基光热转换材料的制备及其在海水淡化中的应用，是将单根亚麻纤维编织成网状结构，经蜡烛灰/聚氨酯分散喷涂干燥后得到亚麻纤维基光热转换材料，将其镶嵌在具有特殊结构的聚苯乙烯泡沫隔热装置上形成太阳能驱动的亚麻纤维基光热转化材料蒸汽生成器。该蒸汽生成器具有优异的光吸收性能、良好的隔热性能和充足水供应等特点，可用于海水淡化，并且具有蒸发速率高、能量转换效率高、蒸汽生成率高等优点。此外，本发明所使用的亚麻纤维和隔热装置具有成本效益高、制备简单、易于扩大化生产以及环境友好等特点，为海水淡化尤其是高浓度海水淡化长期、高效、稳定运行提供了新的有效途径。
附图说明
图1为本发明所使用亚麻纤维喷涂蜡烛灰/聚氨酯分散液前后不同放大倍数的扫描电子显微镜（SEM）图像和实物光学照片。
图2为本发明聚苯乙烯隔热装置的实物光学照片。
图3为本发明亚麻纤维基光热转化材料蒸汽生成器的浸润性测试图像。
图4为本发明亚麻纤维基光热转化材料的光吸收性能测试结果图。
图5为本发明亚麻纤维基光热转化材料蒸汽生成器隔热性能测试结果图。
图6为本发明亚麻纤维基光热转化材料蒸汽生成器蒸发性能测试结果图。
图7为本发明亚麻纤维基光热转化材料蒸汽生成器蒸发循环性能测试结果图。
具体实施方式
下述通过具体实施例对本发明亚麻纤维基光热转化材料的制备及应用作进一步说明。
实施例1、亚麻纤维基光热转化材料的制备
（1）将从天然亚麻纤维剥离而得的单根亚麻纤维分别用丙酮、蒸馏水、无水乙醇超声10分钟，随后放入烘箱60℃烘干；然后将单根亚麻纤维上下交替编织成亚麻基编织物（30mm×30 mm），单根亚麻纤维之间的距离为0.5~1 mm；
（2）用载玻片收集蜡烛内焰灰烬，随后将收集蜡烛灰放入马弗炉中450 ℃煅烧3小时，煅烧完成后将20 mg蜡烛灰超声分散在10 mL无水乙醇中，随后加入0.05 g聚氨酯水溶性胶，超声20分钟，形成蜡烛灰/聚氨酯分散液；
（3）利用喷枪将10 mL蜡烛灰/聚氨酯分散液喷涂至步骤（1）亚麻纤维编织物表面，在60℃下干燥1h，得到亚麻纤维基光热转化材料。
实施例2、亚麻纤维基光热转化材料蒸汽生成器的制作
将光热转换材料镶嵌在聚苯乙烯隔热装置中，并使得光热转化材料与底部隔热装置之间保持1~2 mm间隙，同时在隔热装置底部分散大孔，孔直径为2 mm，孔横截面总面积与底部隔热装置总面积比控制在1:25~1:30之间，组合成集成的太阳能驱动的蒸汽生成器，实物图如图2所示。
实施例3、蒸汽生成器的蒸发性能测试
将实施例2中的蒸汽生成器放置在装有待蒸发溶液的容器中（30 mm×30 mm×80mm），利用氙灯模拟太阳光进行光照蒸发实验，分别用电子天平实时监测水体蒸发质量变化，用红外热成像仪实时监测蒸发表面温度变化，调节光照距离使得光功率密度为1 kw/m-2。测试浓度分别为0wt%, 3.5 wt%, 5 wt%, 10 wt%, 15 wt%, 20 wt% 氯化钠溶液，蒸发率分别为1.545 kg·m-2·h-1 , 1.498 kg·m-2·h-1 , 1.482 kg·m-2·h-1 , 1.467 kg·m-2·h-1 , 1.448 kg·m-2·h-1 , 1.447 kg·m-2·h-1，相应转化率分别为96.5 % , 93.4% , 92.3 % , 91.4 % , 90.1 % , 90.0 %。
实施例4、蒸汽生成器的蒸发分离性能测试
将实施例2中的蒸汽生成器放置在装有待蒸发溶液的容器中（30 mm×30 mm×80mm），利用氙灯模拟太阳光进行光照蒸发实验，分别用电子天平实时监测水体蒸发质量变化，用红外热成像仪实时监测蒸发表面温度变化，调节光照距离使得光功率密度为1 kw/m-2。待测液为模拟海水（钠离子、镁离子、钾离子、钙离子浓度分别为：10474 mg/L , 6969mg/L , 382 mg/L , 393 mg/L）。测试结果如图6c所示，收集分离后蒸汽测试，钠离子、镁离子、钾离子、钙离子分别为：1.78 mg/L , 1.12 mg/L , 0.48 mg/L , 0.91 mg/L，均低于世界卫生组织饮用水标准。
实施例5、蒸汽生成器的蒸发循环性能测试
将实施例2中的蒸汽生成器放置在装有待蒸发溶液的容器中（30 mm×30 mm×80mm），利用氙灯模拟太阳光进行光照蒸发实验，分别用电子天平实时监测水体蒸发质量变化，用红外热成像仪实时监测蒸发表面温度变化，调节光照距离使得光功率密度为1 kw/m-2。待测液为20 wt%氯化钠溶液，测试时间为每天6小时，连续测量7天。测试结果如图7所示：在为期7天，每天6小时的测试中，集成的蒸汽发生器始终能够保持高的蒸汽生成率。
Claims (7)
1.一种亚麻纤维基光热转化材料的制备方法，包括以下工艺步骤：
（1）将从天然亚麻纤维剥离而得的单根亚麻纤维分别用丙酮、蒸馏水、无水乙醇超声，烘干，然后将单根亚麻纤维编织成网状结构；
（2）用载玻片收集蜡烛内焰灰烬，煅烧后将呈超亲水性的蜡烛灰分散于无水乙醇中，加入聚氨酯水溶性胶，超声形成蜡烛灰/聚氨酯分散液；
（3）将蜡烛灰/聚氨酯分散液喷涂在步骤（1）编制的亚麻纤维网状结构上，干燥，得到亚麻纤维基光热转化材料。
2.如权利要求1所述一种亚麻纤维基光热转化材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，超声时间为10~15 min；干燥温度为60~65 ℃；单根亚麻纤维之间的距离为0.5~1 mm。
3.如权利要求1所述一种亚麻纤维基光热转化材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，煅烧温度为400~500 ℃，煅烧时间为2~3 h；蜡烛灰/聚氨酯的乙醇分散液中，蜡烛灰与聚氨酯水溶性胶质量比为1:2~1:3。
4.如权利要求1所述一种亚麻纤维基光热转化材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，干燥温度为60~65 ℃，干燥时间为1~2 h。
5.利用权利要求1所述制备方法制备的亚麻纤维基光热转化材料在海水淡化中的应用，其特征在于：将亚麻纤维基光热转化材料镶嵌在聚苯乙烯泡沫隔热装置上部，形成太阳能驱动的亚麻纤维基光热转化材料蒸汽生成器。
6.如权利要求5所述亚麻纤维基光热转化材料在海水淡化中的应用，其特征在于：聚苯乙烯泡沫隔热装置上层中部为高度5mm下凹结构；下凹结构下方为若干贯通孔，所述贯通孔横截面总面积与隔热装置横截面面积比为1:25-1:30；亚麻纤维基光热转化材料与隔热装置之间保持1~2 mm间隙。
7.如权利要求5所述亚麻纤维基光热转化材料在海水淡化中的应用，其特征在于：将蒸汽生成器放置于装有用于模拟海水的氯化钠溶液的容器中，用模拟太阳光对其顶部进行持续照射，随着蒸发的进行，淡水被蒸发带出，从而实现对模拟海水的淡化。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010164353.0A CN111336699B (zh) | 2020-03-11 | 2020-03-11 | 一种亚麻纤维基光热转换材料的制备及在海水淡化中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010164353.0A CN111336699B (zh) | 2020-03-11 | 2020-03-11 | 一种亚麻纤维基光热转换材料的制备及在海水淡化中的应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111336699A CN111336699A (zh) | 2020-06-26 |
| CN111336699B true CN111336699B (zh) | 2021-07-23 |
Family
ID=71184127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010164353.0A Expired - Fee Related CN111336699B (zh) | 2020-03-11 | 2020-03-11 | 一种亚麻纤维基光热转换材料的制备及在海水淡化中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111336699B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006341165A (ja) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 太陽熱およびバイオマス利用淡水化装置、及び、太陽熱およびバイオマス利用淡水化装置を用いた緑化方法 |
| JP2012145319A (ja) * | 2010-12-22 | 2012-08-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 太陽熱温水装置及び造水システム |
| CN107338642A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-11-10 | 江南大学 | 一种功能化非织造布海水淡化材料及其制备方法和应用 |
| WO2017200617A3 (en) * | 2016-02-23 | 2018-04-12 | Massachusetts Institute Of Technology | Localized solar collectors |
| CN108408813A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-08-17 | 华南师范大学 | 一种光-热-蒸汽转化材料及其制备方法 |
| CN108715471A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-10-30 | 南京师范大学 | 一种基于铜纳米颗粒光热效应的海水淡化方法 |
| CN108793298A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-11-13 | 苏州大学 | 一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置 |
| CN110511558A (zh) * | 2019-09-02 | 2019-11-29 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种基于聚氨酯泡沫的海水淡化材料的制备方法 |
-
2020
- 2020-03-11 CN CN202010164353.0A patent/CN111336699B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006341165A (ja) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 太陽熱およびバイオマス利用淡水化装置、及び、太陽熱およびバイオマス利用淡水化装置を用いた緑化方法 |
| JP2012145319A (ja) * | 2010-12-22 | 2012-08-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 太陽熱温水装置及び造水システム |
| WO2017200617A3 (en) * | 2016-02-23 | 2018-04-12 | Massachusetts Institute Of Technology | Localized solar collectors |
| CN107338642A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-11-10 | 江南大学 | 一种功能化非织造布海水淡化材料及其制备方法和应用 |
| CN108408813A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-08-17 | 华南师范大学 | 一种光-热-蒸汽转化材料及其制备方法 |
| CN108715471A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-10-30 | 南京师范大学 | 一种基于铜纳米颗粒光热效应的海水淡化方法 |
| CN108793298A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-11-13 | 苏州大学 | 一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置 |
| CN110511558A (zh) * | 2019-09-02 | 2019-11-29 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种基于聚氨酯泡沫的海水淡化材料的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111336699A (zh) | 2020-06-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Sustainable off-grid desalination of hypersaline waters using Janus wood evaporators | |
| Liu et al. | Bioinspired self‐standing, self‐floating 3d solar evaporators breaking the trade‐off between salt cycle and heat localization for continuous seawater desalination | |
| Saleque et al. | Solar driven interfacial steam generation derived from biodegradable luffa sponge | |
| Guo et al. | An all-day solar-driven vapor generator via photothermal and Joule-heating effects | |
| CN107235591B (zh) | 一种光热转换硫化铜复合薄膜在水处理中的应用 | |
| CN109092248B (zh) | 一种生物碳材料及其制备方法与应用 | |
| CN111218025A (zh) | 一种仿树木光热水凝胶及其制备方法和应用 | |
| Wu et al. | Full biomass-derived multifunctional aerogel for solar-driven interfacial evaporation | |
| CN113582273A (zh) | 用于海水淡化及污水净化的蒸发器和水净化方法以及太阳能蒸发净化水装置 | |
| CN111336699B (zh) | 一种亚麻纤维基光热转换材料的制备及在海水淡化中的应用 | |
| Ge et al. | Efficient Solar‐Driven Interfacial Water Evaporator using Hydrogel Modified Carbon‐Based Biomass with Abundant Microchannels | |
| Song et al. | Multifunctional and asymmetrically superwettable Janus membrane for all-day freshwater harvesting | |
| Jiang et al. | Waterwheel-inspired rotating evaporator for efficient and stable solar desalination even in saturated brine | |
| Xia et al. | Hierarchical structure design of sea urchin Shell-Based evaporator for efficient omnidirectional Solar-Driven steam generation | |
| Lei et al. | A multilayer mesh porous 3D-felt fabric evaporator with concave array structures for high-performance solar desalination and electricity generation | |
| CN114100533A (zh) | 一种自漂浮木基水凝胶光热蒸发器及其制备方法和应用 | |
| KR20190101070A (ko) | 태양광 담수화 구조체 | |
| CN115504535B (zh) | 一种丝瓜藤蒸汽生成体及其制备方法和丝瓜藤基海水淡化蒸发器 | |
| CN110513668A (zh) | 一种超亲水碳化土豆泡沫及其制备方法和在太阳能蒸汽产生中的应用 | |
| CN116479656A (zh) | 一种高效光热转换的光热层及其制备方法、蒸发器 | |
| AU2022397301A1 (en) | Method, system, and devices for water, organics, and/or mineral recovery | |
| CN111747747B (zh) | 一种基于柚子皮具有仿生分形结构的碳基材料的制备方法及产品和应用 | |
| KR102407282B1 (ko) | 표면 굴곡 구조를 이용한 태양열 증기 발생에서의 염 석출 방지 및 에너지 전환 효율 향상 방법 | |
| CN110372010A (zh) | 一种利用多孔陶瓷板进行海水晒盐的方法 | |
| Misra et al. | Solar interfacial evaporation devices for desalination and water treatment: Perspective and future |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210723 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |