CN111453801A - 一种生物基光热转换材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物基光热转换材料及其制备方法和应用，属于太阳能光热转换技术领域。本发明要解决目前光热转换材料制备方法复杂、成本高的技术问题。本发明的生物基光热转换材料是将柚子皮用无水乙醇超声处理，清洗后干燥，然后表面均匀涂覆分散液，固化后制得的；具体是：一、将柚子皮放入无水乙醇中进行超声处理，然后用去离子水反复清洗直至乙醇完全除去为止，再干燥；二、将丙酮和无水乙醇均匀混合后，再加入环氧树脂、分散剂、碳黑，砂磨直至分散均匀，得到分散液；三、然后将步骤二获得的分散液均匀涂覆于经步骤一处理后的柚子皮的表面，固化后得到生物基光热转换材料。本发明用于污水处理和海水淡化。

Description

一种生物基光热转换材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于太阳能光热转换技术领域；具体涉及一种生物基光热转换材料及其制备方法和应用。
背景技术
在当今二十一世纪，缺乏水资源的问题变得越来越严重。地球上的水资源有97％都是海水，为了增加人类可用淡水的总量，海水淡化成为一种可行的方法，但传统的海水淡化方法成本高，周期长，成效一般，耗能大，比如蒸馏，反渗透等方法。太阳能是一种成本低并且可再生的清洁能源，利用光热转换材料将太阳能转化为热能局部加热水体，获取可饮用的淡水具有十分可观的应用前景。
目前研究的光热转换材料主要有贵金属纳米颗粒、碳基纳米材料、一些黑纳米半导体和一些具有对于可见光具有良好吸收能力的高分子材料；然而大多数光热转换材料的合成方法复杂、成本高昂、副产物和本身对环境有害制约了其广泛应用。
发明内容
因此，基于上述现状，制备出安全、工艺简单、生产成本低的生物基光热转换材料将会具有重要的应用价值。
针对目前光热转换材料制备方法复杂、成本高的问题，本发明的目的之一在于采用废弃柚子皮作为基体材料，在其表面涂覆炭黑，提供一种制备方法简单、成本较低的生物基光热转换材料，其太阳吸收率为96％，在1个太阳光照射下光热蒸汽效率达到88％。
为解决上述技术问题，本发明的生物基光热转换材料是将柚子皮用无水乙醇超声处理，清洗后干燥，然后表面均匀涂覆分散液，固化后制得的；分散液是将丙酮和无水乙醇均匀混合后，再加入环氧树脂、分散剂和碳黑，砂磨直至分散均匀；具体是按下述步骤进行的：
步骤一、将柚子皮放入无水乙醇中进行超声处理，然后用去离子水反复清洗直至乙醇完全除去为止，再干燥；
步骤二、将丙酮和无水乙醇均匀混合后，再加入环氧树脂、分散剂、碳黑，砂磨直至分散均匀，得到分散液；
步骤三、然后将步骤二获得的分散液均匀涂覆于经步骤一处理后的柚子皮的表面，固化后得到生物基光热转换材料。
进一步地限定，所述柚子皮为柚子皮的内皮，内皮为柚子皮内层的白色海绵体。
进一步地限定，步骤一超声频率为20KHz～40KHz，超声时间为30min～60min。
进一步地限定，步骤一中在60℃～80℃条件下干燥20h～28h。
进一步地限定，步骤二中无水乙醇和丙酮的体积为1:1，环氧树脂和分散剂的质量比为(5～4):1，环氧树脂和碳黑的质量比为2:1，环氧树脂的质量与丙酮的体积比为(5～10)g:20mL。
进一步地限定，步骤二所述环氧树脂为E51型环氧树脂或E44型环氧树脂。
进一步地限定，步骤二所述分散剂为烷芳基聚醚醇。
进一步地限定，步骤二中在温度60～80℃条件下固化18h～24h。
进一步地限定，步骤二中以1200rpm～1800rpm的转速砂磨3h～8h。
上述生物基光热转换材料或者上述方法制备的生物基光热转换材料用于污水处理和海水淡化。
本发明以废弃的柚子皮为基体材料，通过喷涂炭黑涂层来制备生物基光热转换材料，成本低廉，原材料广泛，制备工艺简单，具有良好的吸光性能，在200～2500nm范围内的太阳吸收率达到96％以上。
本发明获得的生物基光热具有高度发达的海绵状多孔结构和亲水特性，在1个太阳光照射下光热蒸汽效率达到88％，其淡化处理海水后得到的纯净水可以满足饮用水标准(中国饮用水GB5749-2006标准)，满足当今可持续发展的要求，可用于污水处理和海水淡化，具有广泛应用前景。
附图说明
图1制备的基于废弃柚子皮的生物基光热转换材料照片；
图2制备的基于废弃柚子皮的生物基光热转换材料SEM照片；
图3基于废弃柚子皮的生物基光热转换材料太阳光吸收率曲线；
图4在1个太阳光照射下生物基光热转换材料的光热蒸汽效率；
图5海水淡化前后人工海水中阳离子浓度变化趋势。
具体实施方式
实施例1:本实施例中生物基光热转换材料的制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将柚子皮的内皮放入无水乙醇中在频率为40KHz条件下超声处理30min后取出，然后用去离子水反复清洗直至乙醇完全除去为止，再置于80℃烘箱中干燥20h；
步骤二、将20mL丙酮和20mL无水乙醇均匀混合后，再加入10g E51型环氧树脂、2.5g烷芳基聚醚醇和5g碳黑，以1400rpm高速砂磨分散5h，得到均匀分散液；
其中，E51型环氧树脂购买于国药集团化学试剂有限公司，烷芳基聚醚醇购买于广州市德松化工有限公司，型号405，碳黑购买于国药集团化学试剂有限公司。
步骤三、然后将步骤二获得的分散液均匀涂覆于经步骤一处理后的柚子皮的表面，在60℃下固化24h后得到生物基光热转换材料，如图1所示。
对制备的生物基光热转换材料的内部结构进行测试呈现高度发达的海绵状多孔结构，如图2所示；测试其太阳吸收率为96％，如图3所示；在1个太阳光照射下的基于废弃柚子皮的生物基光热转换材料光热转换效率约为88.48％，如图4所示；为了证明基于废弃柚子皮生物基光热转换材料在含海水淡化领域的潜在应用，人工模拟制备了海水，并检测了海水淡化前后的离子浓度，阳离子(Na+，Mg2+，K+，Ca2+)的浓度显着下降，离子截留率高于99.8％，如图5所示。根据饮用水标准(中国国家标准GB5749-2006)，淡化处理后的水可以用作清洁安全的饮用水。

Claims (10)

1.一种生物基光热转换材料，其特征在于所述生物基光热转换材料是将柚子皮用无水乙醇超声处理，清洗后干燥，然后表面均匀涂覆分散液，固化后制得的；分散液是将丙酮和无水乙醇均匀混合后，再加入环氧树脂、分散剂和碳黑，砂磨直至分散均匀。
2.根据权利要求1所述的一种生物基光热转换材料，其特征在于所述柚子皮为柚子皮的内皮。
3.如权利要求1或2所述的一种生物基光热转换材料的制备方法，其特征在于所述制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将柚子皮放入无水乙醇中进行超声处理，然后用去离子水反复清洗直至乙醇完全除去为止，再干燥；
步骤二、将丙酮和无水乙醇均匀混合后，再加入环氧树脂、分散剂、碳黑，砂磨直至分散均匀，得到分散液；
步骤三、然后将步骤二获得的分散液均匀涂覆于经步骤一处理后的柚子皮的表面，固化后得到生物基光热转换材料。
4.根据权利要求3所述的一种生物基光热转换材料的制备方法，其特征在于步骤一超声频率为20KHz～40KHz，超声时间为30min～60min；步骤一中在60℃～80℃条件下干燥20h～28h。
5.根据权利要求3所述的一种生物基光热转换材料的制备方法，其特征在于步骤二中无水乙醇和丙酮的体积为1:1，环氧树脂和分散剂的质量比为(5～4):1，环氧树脂和碳黑的质量比为2:1，环氧树脂的质量与丙酮的体积比为(5g～10g):20mL。
6.根据权利要求3所述的一种生物基光热转换材料的制备方法，其特征在于步骤二中以1200rpm～1800rpm的转速砂磨3h～8h。
7.根据权利要求3所述的一种生物基光热转换材料的制备方法，其特征在于步骤二所述环氧树脂为E51型环氧树脂或E44型环氧树脂。
8.根据权利要求3所述的一种生物基光热转换材料的制备方法，其特征在于步骤二所述分散剂为烷芳基聚醚醇。
9.根据权利要求3所述的一种生物基光热转换材料的制备方法，其特征在于步骤二中在温度60℃～80℃条件下固化18h～24h。
10.如权利要求1或2所述生物基光热转换材料或者权利要求3-8任意一项权利要求所述方法制备的生物基光热转换材料用于污水处理和海水淡化。
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