CN112128996B - 一种太阳能水蒸发用聚砜基光热转换复合膜及其制备方法 - Google Patents

一种太阳能水蒸发用聚砜基光热转换复合膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能水蒸发用聚砜基光热转换复合膜及其制备方法，涉及太阳能水蒸发领域。其包括隔热层，和隔热层上表面的光热转换层，水输送通道分布在光热转换层中，首先采用溶剂挥发相转化法制备具有胞腔状闭孔结构的聚砜(PSf)膜作为隔热层，该胞腔状结构赋予了膜优异的隔热性能。然后经过真空辅助抽滤过程在膜表面沉积还原氧化石墨烯(rGO)包覆的聚苯乙烯微球(PS)光热转换层，此光热转换层不仅展示出优异的高宽带太阳光吸收能力，而且还能提供持续的水传输通道。制备的rGO/PS@PSf复合光热转换膜在太阳能水蒸发过程中展示出优异的光热转换效能，对光吸收效率可达95％，膜界面处温度可从室温升高至80℃,能量转换效率可达到69％。

Description

一种太阳能水蒸发用聚砜基光热转换复合膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于太阳能水蒸发过程的光热转换膜的制备方法，具体涉及一种具有界面粗糙结构的双层光热转换复合膜的制备方法。
背景技术
太阳能和水是地球上最丰富的两种资源。可以用来解决人类面临的许多挑战，如能源和水资源短缺。太阳能蒸发是对这两种资源进行结合的技术，被认为是太阳能热能技术中最具吸引力和最简单的方法之一，可用于蒸汽生产过程，在许多工程应用中具有重要意义。从废水或海水中产生蒸汽和清洁水是太阳能蒸发技术的基本应用，它是解决紧迫的全球缺水挑战的最有前途的绿色和可持续解决方案之一。
传统的太阳能蒸发方法通常光热转换效率较低，只有30％-45％，因为对太阳能的吸收效果不好，而且在水源底部放置吸光器造成的热损失很大，这反过来又极大地限制了它的实际应用。之后人们开发了一种体积加热系统，在这种类型的设计中，光吸收可以得到极大的改善，但是，热损失仍然很大，因为整个系统的储液器在这个过程中被加热。最近开发的界面太阳能蒸发系统将光吸收器放置在水-空气界面，使得只能加热气-液界面，而不是大量的水，从而大大提高了光热效率。
在过去的十年里，界面太阳能蒸发的效率已经得到提高。这主要是由于新型光热材料和光热结构工程的快速发展。一个典型的双层界面太阳能蒸发系统包括几个组件，包括吸光器、衬底、散装蓄水器、入射光和水蒸气。目前，用于光热转换的材料主要分为三大类，不同的材料对应不同的光热转换机理，包括具有等离子体局域加热机制的等离子体粒子，表现出电子空穴产生和弛豫机制的半导体，以及具有基于分子热振动的光热机制的碳质或聚合物材料。其中，各种碳材料由于在宽波长范围内的高吸光性、相对低的成本和高稳定性，被研究作为最具竞争力的吸光材料，如石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、石墨和炭黑等。聚氨酯泡沫塑料(PU)和聚苯乙烯泡沫塑料(PS)作为优良的商用隔热材料，被广泛用作太阳能水蒸发系统的基材，并且可以使界面太阳能蒸发器很容易漂浮在水面上。申请号为201910214439.7的中国发明专利公开了一种用于太阳能蒸发的生物质碳材料的制备方法。负载生物质碳的滤纸作为顶部光热层，之后将其置于包裹聚合物泡沫的海绵之上，聚合物泡沫可以作为隔热材料，中间的海绵可以输送水，得到浮于水表面的太阳能集热器。但是这种设计会导致整体性的缺失，限制设备的使用范围，并且其使用的隔热材料具有较大的占地面积，不方便携带。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题，提供了一种制备工艺简单、耗时短的二维光热转换复合膜的制备方法。该方法采用相转化法制备聚合物基体膜，通过膜基体的结构特征来提供高效的隔热性能，进一步通过抽滤过程将光热转换层附着在基体上。最终得到具有优异的光热转换效率的二维光热复合膜。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种太阳能水蒸发用聚砜基光热转换复合膜，包括隔热层，和隔热层上表面的光热转换层，水输送通道分布在光热转换层中。
具体地，所述隔热层为溶剂挥发相转化法制备的胞腔状闭孔结构的聚砜膜，rGO包覆在PS微球表面形成rGO/PS微球作为负载在聚砜膜表面的光热转换层，rGO和PS微球之间形成水输送通道。所述太阳能水蒸发用聚砜基光热转换复合膜漂浮在水面，水自光热转换层四周逐渐渗入、扩散，并铺满整个表面，由于GO的高吸光性，在表面聚集大量热能，实现水的蒸发。
一种太阳能水蒸发用聚砜基光热转换复合膜的制备方法，首先采用溶剂挥发相转化法制备具有胞腔状闭孔结构的聚砜(PSf)膜作为隔热层，然后经过真空辅助抽滤过程在膜表面沉积还原氧化石墨烯(rGO)包覆的聚苯乙烯微球(PS)光热转换层。
具体地，一种太阳能水蒸发用聚砜基光热转换复合膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)聚苯乙烯微球的制备：将一定质量的聚苯乙烯置于一定体积的二氯甲烷中，通过搅拌使其完全溶解成为均匀的溶液；将一定质量聚乙烯吡咯烷酮(PVP)置于去离子水中，在一定温度下进行加热直至完全溶解。待温度降至常温，将两溶液混合并置于均质器下搅拌一段时间。搅拌结束后混合溶液变为均匀的乳液，立即将乳液转移到通风橱中，在低温下搅拌一段时间，之后升温后再搅拌一段时间，让二氯甲烷慢慢挥发，避免加热过快导致的乳液表面成膜问题。二氯甲烷除干净后，聚苯乙烯溶液进行离心处理，通过三次的连续水洗过程除去大部分的PVP，将制备得到的溶液分散到水溶液中，即实现了聚苯乙烯微球水分散液的制备。
(2)具有胞腔状闭孔结构的聚砜基膜的制备：将一定质量的聚砜溶解在有机溶剂中，在一定加热温度下持续搅拌以形成均匀的铸膜液，常温静置一段时间，以彻底去除铸膜液中的气泡。之后将铸膜液倒至洁净的玻璃基板上，用金属刮刀将铸膜液铺展成初生液膜。之后将初生液膜置于空气中一定时间以使溶剂挥发，然后将相转化完成后的固体膜浸泡在去离子水中24h来去除残留在膜基体内的多余溶剂，将膜取出在室温下晾干以进一步使用。
(3)聚砜基光热转换复合膜的制备：将氧化石墨烯(GO)水分散液添加到步骤(1)中所制备的PS微球水分散液中，经过超声处理，获得均匀的氧化石墨烯/聚苯乙烯水分散液，并且实现了氧化石墨烯对聚苯乙烯微球的包覆，之后量取一定体积的还原剂滴加到该分散液中，通过加热实现对氧化石墨烯的还原，最终形成了rGO/PS分散液。将rGO/PS分散液通过真空辅助抽滤过程沉积在聚砜膜基体上，成功制备rGO/PS@PSf光热转换复合膜。
优选地，上述步骤(1)中所述的聚苯乙烯的质量为0.5～6g，PVP的质量为0.5～5g，二氯甲烷的体积为5～60mL，去离子水的体积为30～120mL，加热温度为35～50℃，在均质器下搅拌速度为500～3000rpm，搅拌时间为2～40min，在通风橱中先在20～50℃下搅拌100～160min，之后在30～60℃下搅拌40～80min，离心速度为800～2000r/min，离心时间为2-20min。
优选地，上述步骤(1)中所述的聚苯乙烯微球的尺寸为1～15μm。
优选地，上述步骤(2)中所述的聚砜树脂的质量份数为5～25，有机溶剂的质量份数为75～95，所述的有机溶剂为二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、氯仿和二氯甲烷中的一种或是任意两种的混合液。
优选地，上述步骤(2)中所述的加热温度为45℃～90℃，加热时间为4～24h，搅拌速度为200～450rpm，所述的初生液膜置于空气溶剂挥发的时间为6～30h。
优选地，上述步骤(2)中所述的具有胞腔状孔结构的聚砜基膜，膜厚度为100～600μm，膜上下表面无孔或有少量开孔，所述的胞腔状孔结构为闭孔，孔尺寸为2～20μm，所述的聚砜基膜的导热系数为0.03～0.06W m-1K-1。
优选地，上述步骤(3)中所述的氧化石墨烯水分散液体积为2～6mL，浓度为1～6mg/mL，聚苯乙烯微球水分散液体积为2～7mL，浓度为0.01～0.08mg/mL，超声时间控制在10～60min，还原剂体积为20～60μL，浓度为20～60mg/mL，加热温度为75℃～90℃，加热时间为20～80min。
优选地，上述步骤(3)中所述的rGO/PS@PSf光热转换复合膜，其光热转换层厚度为200～600μm。
本发明所具有的优点及有益效果：
(1)本发明利用溶剂挥发相转化法过程中获得的具有闭孔胞腔状结构的聚砜膜作为基膜，来提供优异的隔热性能；膜基体表面复合的rGO包覆的PS微球具有丰富的疏松粗糙结构，既可以增加对太阳光的吸收率，将光能转化为热能实现水的蒸发，又可以提供持续的水传输通道。制备过程操作简单易行，不需要昂贵的设备，可以在短时间内完成制备过程。
(2)本发明采用的膜基体材料为聚砜，它具有优异的力学性能，强度高，刚性大，在高温下也能保持优良的力学性能，具有优良的抗氧化性、耐水解、热稳定性和高温熔融稳定性。此外聚砜类材料还具有优良的机械性能、电性能、食品卫生性，是应用最广泛的膜材料之一，原材料易得且结构可控。石墨烯作为一种新兴的二维纳米材料，具有完美的晶体结构和诸多优异的物理化学性能。由于在宽波长范围内的高吸光性、相对低的成本和高稳定性，被研究作为最具竞争力的吸光材料。
(3)以往的光热转换材料，基体既是隔热层也是水输送通道，水通道的存在大大影响基体的隔热效果。本发明制备的双层光热转换复合膜采用具有闭孔胞腔状结构的聚砜膜，将隔热层和水输送通道功能隔离开，即聚砜基膜只承担隔热层的功能，海水从膜两侧直接进入rGO/PS光热转换层，从而降低了膜界面热量与水体热量的交换，在水蒸发实验过程中可以实现较高的太阳光吸收率和优异的能量转换效率。
附图说明
图1为实施例2中聚砜基体膜表面与断面的SEM图；
图2为实施例2中rGO@PSf光热转换复合膜的SEM图；
图3为实施例3中rGO/PS@PSf光热转换复合膜的SEM图；
图4为实施例3中rGO/PS@PSf光热转换复合膜在宽波长范围内的光吸收性能；
图5为实施例3中光热转换复合膜在太阳能水蒸发过程中的水蒸发速率。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实例来进一步详细说明本发明。应理解，下述实施例是用于说明本发明而不是限制其保护范围。
对比例1：
将16质量份聚砜颗粒、4质量份聚乙烯吡咯烷酮(造孔剂)和80质量份二甲基甲酰胺加入到圆底烧瓶中，80℃加热温度、400rpm转速下溶解14h直至形成均相溶液，然后恒温静置脱泡。脱泡后，铸膜液浇铸在粗糙玻璃板上，用刮刀将铸膜液铺展形成初生膜，将初生膜迅速平稳地放入二甲基甲酰胺/水(体积份数比4:6)混合液中15s后移入去离子水中，通过溶剂和非溶剂的充分交换，诱导聚砜凝胶固化成膜，成功构建出具有互穿网络开孔结构的聚砜膜，孔尺寸为6μm，膜厚200μm，该膜在使用时对水的渗透性较好，该膜具有极差的隔热性能，不能作为太阳能水蒸发实验的基底材料使用。
对比例2：
将10质量份聚砜颗粒和90质量份二甲基甲酰胺加入到圆底烧瓶中，80℃加热温度、450rpm转速下溶解10h直至形成均相溶液，然后恒温静置脱泡。脱泡后，铸膜液浇铸在粗糙玻璃板上，用刮刀将铸膜液铺展形成初生膜，将初生膜置于空气中6h自然挥发，之后将其移入去离子水中以去除残留在膜基体内的多余的溶剂。从图1可以看出，已经成功构建出具有胞腔状结构的聚砜膜，获得的聚砜基膜具有胞腔状孔结构，孔尺寸为18μm，膜厚度为300μm，膜的导热系数为0.045W m-1K-1，拥有优异的隔热性能。
量取50μL、浓度为50mg/mL的VC还原剂滴加到GO分散液中70℃下加热1h实现对GO的还原，最终形成了rGO分散液。之后rGO分散液通过抽滤过程在聚砜基体膜表面形成了紧密贴附的rGO光热转换层。通过以上步骤获得双层rGO@PSf光热转换复合膜(图2)。在250～2500nm的波长范围内对太阳光的吸收可以达到80％，光热转换层界面温度55℃，能量转换效率61％，太阳能水蒸发速率为0.49kg/m2 h。
实施例1：
将10质量份聚砜颗粒和90质量份二甲基乙酰胺加入到圆底烧瓶中，70℃加热温度、450rpm转速下溶解18h直至形成均相溶液，然后恒温静置脱泡。脱泡后，铸膜液浇铸在粗糙玻璃板上，用刮刀将铸膜液铺展形成初生膜，将初生膜置于空气中10h以让溶剂自然挥发，固化完成后将其移入去离子水中以去除残留在膜基体内的多余的溶剂。获得的聚砜基膜具有胞腔状孔结构，孔尺寸为18μm，膜厚度为150μm，膜的导热系数为0.055W m-1K-1，拥有优异的隔热性能。
将2.0g PS置于20mL二氯甲烷中，通过搅拌使其完全溶解成为均匀的溶液；将2.0gPVP置于50mL去离子水中，在40℃下进行加热直至完全溶解。待温度降至常温，将两溶液混合并置于均质器下搅拌10min至均匀的乳液。随后立即将乳液转移到通风橱中，在30℃下搅拌120min，之后升温至45℃后再搅拌60min，让二氯甲烷慢慢挥发直到除净。将PS溶液进行离心处理，离心速度1500r/min，通过三次的连续水洗过程除去大部分的PVP，将制备得到的溶液分散到水溶液中，即实现了PS微球的制备，微球尺寸分布在6～12μm。
将2mL浓度为5mg/mL的GO分散液添加到3mL浓度为0.01mg/mL的PS分散液中，经过超声处理30min，获得均匀的GO/PS水分散液，并且实现了GO对PS微球的包覆，之后量取30μL浓度为50mg/mL的维生素C滴加到GO/PS分散液中，70℃下加热1h实现对GO的还原，最终形成了rGO/PS分散液。将rGO/PS分散液通过抽滤过程沉积在直径为4cm的聚砜膜基体上，获得了双层rGO/PS@PSf光热转换复合膜，其中光热转换层厚度为350μm。在250～2500nm的波长范围内对太阳光的吸收可以达到88％，光热转换层界面温度为72℃，能量转换效率63％，太阳能水蒸发速率为0.52kg/m2 h。。
实施例2：
将20质量份聚砜颗粒和80质量份二甲基亚砜加入到圆底烧瓶中，80℃加热温度、450rpm转速下溶解22h直至形成均相溶液，然后恒温静置脱泡。脱泡后，铸膜液浇铸在粗糙玻璃板上，用刮刀将铸膜液铺展形成初生膜，将初生膜置于空气中8h自然挥发，之后将其移入去离子水中以去除残留在膜基体内的多余的溶剂。获得的聚砜基膜具有胞腔状孔结构，孔尺寸为5μm，膜厚度为500μm，膜的导热系数为0.042W m-1K-1，拥有优异的隔热性能。
将1.0g PS置于20mL二氯甲烷中，通过搅拌使其完全溶解成为均匀的溶液；将1.0gPVP置于40mL去离子水中，在35℃下进行加热直至完全溶解。待温度降至常温，将两溶液混合并置于均质器下搅拌5min至均匀的乳液。随后立即将乳液转移到通风橱中，在35℃下搅拌130min，之后升温至50℃后再搅拌70min，让二氯甲烷慢慢挥发直到除净。将PS溶液进行离心处理，离心速度2000r/min，通过三次的连续水洗过程除去大部分的PVP，将制备得到的溶液分散到水溶液中，即实现了PS微球的制备，微球尺寸分布在1～7μm。
将3mL浓度为4mg/mL GO分散液添加到5mL PS分散液(0.03mg/mL)中，经过超声处理30min，获得均匀的GO/PS分散液，并且实现了GO对PS微球的包覆，之后量取30μL(55mg/mL)的水合肼滴加到GO/PS分散液中，80℃下加热30min实现对GO的还原，最终形成了rGO/PS分散液。将rGO/PS分散液通过抽滤过程沉积在直径为4cm的聚砜膜基体上，获得了双层rGO/PS@PSf光热转换复合膜，其中光热转换层厚度为200μm(图3)。在250～2500nm的波长范围内对太阳光的吸收可以达到90％(图4)，光热转换层界面温度为69℃，能量转换效率62％，太阳能水蒸发速率为0.56kg/m2 h(图5)。
实施例3：
将15质量份聚砜颗粒和85质量份二甲基亚砜加入到圆底烧瓶中，75℃加热温度、400rpm转速下溶解10h直至形成均相溶液，然后恒温静置脱泡。脱泡后，铸膜液浇铸在粗糙玻璃板上，用刮刀将铸膜液铺展形成初生膜，将初生膜置于空气中15h自然挥发，之后将其移入去离子水中以去除残留在膜基体内的多余的溶剂。获得的聚砜基膜具有胞腔状孔结构，孔尺寸为12μm，膜厚度为380μm，膜的导热系数为0.04W m-1K-1，拥有优异的隔热性能。
将4g PS置于50mL二氯甲烷中，通过搅拌使其完全溶解成为均匀的溶液；将4g PVP置于100mL去离子水中，在50℃下进行加热直至完全溶解。待温度降至常温，将两溶液混合并置于均质器下搅拌35min至均匀的乳液。随后立即将乳液转移到通风橱中，在45℃下搅拌110min，之后升温至55℃后再搅拌50min，让二氯甲烷慢慢挥发直到除净。将PS溶液进行离心处理，离心速度800r/min，通过三次的连续水洗过程除去大部分的PVP，将制备得到的溶液分散到水溶液中，即实现了PS微球的制备，微球尺寸分布在8～15μm。
将5mL浓度为5mg/mL的GO分散液添加到3mL浓度为0.02mg/mL的PS分散液中，经过超声处理60min，获得均匀的GO/PS分散液，并且实现了GO对PS微球的包覆，之后量取50μL(60mg/mL)的维生素C滴加到GO/PS分散液中，80℃下加热30min实现对GO的还原，最终形成了rGO/PS分散液。将rGO/PS分散液通过抽滤过程沉积在直径为4cm的聚砜膜基体上，获得了双层rGO/PS@PSf光热转换复合膜，其中光热转换层厚度为550μm。在250～2500nm的波长范围内对太阳光的吸收可以达到92％，光热转换层界面温度为77℃，能量转换效率68％，太阳能水蒸发速率为0.63kg/m2 h。
实施例4：
将18质量份聚砜颗粒和82质量份二甲基甲酰胺/二甲基乙酰胺的混合溶剂(质量份数比40:60)加入到圆底烧瓶中，80℃加热温度、400rpm转速下溶解14h直至形成均相溶液，然后恒温静置脱泡。脱泡后，铸膜液浇铸在粗糙玻璃板上，用刮刀将铸膜液铺展形成初生膜，将初生膜置于空气中2h自然挥发，之后将其移入去离子水中以去除残留在膜基体内的多余的溶剂。获得的聚砜基膜具有胞腔状孔结构，孔尺寸为8μm，膜厚度为450μm，膜的导热系数为0.043W m-1K-1，拥有优异的隔热性能。
将5.0g PS置于60mL二氯甲烷中，通过搅拌使其完全溶解成为均匀的溶液；将4.0gPVP置于110mL去离子水中，在50℃下进行加热直至完全溶解。待温度降至常温，将两溶液混合并置于均质器下搅拌40min至均匀的乳液。随后立即将乳液转移到通风橱中，在20℃下搅拌150min，之后升温至30℃后再搅拌80min，让二氯甲烷慢慢挥发直到除净。将PS溶液进行离心处理，离心速度900r/min，通过三次的连续水洗过程除去大部分的PVP，将制备得到的溶液分散到水溶液中，即实现了PS微球的制备，微球尺寸分布在9～14μm。
将2mL浓度为5mg/mL的GO分散液添加到6mL浓度为0.06mg/mL的PS分散液中，经过超声处理60min，获得均匀的GO/PS分散液，并且实现了GO对PS微球的包覆，之后量取60μL(55mg/mL)的维生素C滴加到GO/PS分散液中，80℃下加热20min实现对GO的还原，最终形成了rGO/PS分散液。将rGO/PS分散液通过抽滤过程沉积在直径为4cm聚砜膜基体上，获得了双层rGO/PS@PSf光热转换复合膜，其中光热转换层厚度为200μm。在250～2500nm的波长范围内对太阳光的吸收可以达到86％，光热转换层界面温度为70℃，能量转换效率63％，太阳能水蒸发速率为0.52kg/m2 h。
实施例5：
将13质量份聚砜颗粒和87质量份二甲基亚砜加入到圆底烧瓶中，70℃加热温度、450rpm转速下溶解9h直至形成均相溶液，然后恒温静置脱泡。脱泡后，铸膜液浇铸在粗糙玻璃板上，用刮刀将铸膜液铺展形成初生膜，将初生膜置于空气中15h自然挥发，之后将其移入去离子水中以去除残留在膜基体内的多余的溶剂。获得的聚砜基膜具有胞腔状孔结构，孔尺寸为18μm，膜厚度为150μm，膜的导热系数为0.051W m-1K-1，拥有优异的隔热性能。
将3.5g PS置于40mL二氯甲烷中，通过搅拌使其完全溶解成为均匀的溶液；将2.5gPVP置于60mL去离子水中，在40℃下进行加热直至完全溶解。待温度降至常温，将两溶液混合并置于均质器下搅拌8min至均匀的乳液。随后立即将乳液转移到通风橱中，在45℃下搅拌130min，之后升温至55℃后再搅拌65min，让二氯甲烷慢慢挥发直到除净。将PS溶液进行离心处理，离心速度1500r/min，通过三次的连续水洗过程除去大部分的PVP，将制备得到的溶液分散到水溶液中，即实现了PS微球的制备，微球尺寸分布在4～10μm。
将5mL GO分散液(5mg/mL)添加到6mL PS分散液(0.06mg/mL)中，经过超声处理50min，获得均匀的GO/PS分散液，并且实现了GO对PS微球的包覆，之后量取30μL(25mg/mL)的水合肼滴加到GO/PS分散液中，85℃下加热80min实现对GO的还原，最终形成了rGO/PS分散液。将rGO/PS分散液通过抽滤过程沉积在直径为4cm聚砜膜基体上，获得了双层rGO/PS@PSf光热转换复合膜，其中光热转换层厚度为600μm。在250～2500nm的波长范围内对太阳光的吸收可以达到95％，光热转换层界面温度为80℃，能量转换效率69％，太阳能水蒸发速率为0.70kg/m2 h。
实施例6：
将20质量份聚砜颗粒和80质量份氯仿加入到圆底烧瓶中，45℃加热温度、450rpm转速下溶解6h直至形成均相溶液，然后恒温静置脱泡。脱泡后，铸膜液浇铸在粗糙玻璃板上，用刮刀将铸膜液铺展形成初生膜，将初生膜置于空气中6h自然挥发，之后将其移入去离子水中以去除残留在膜基体内的多余的溶剂。获得的聚砜基膜具有胞腔状孔结构，孔尺寸为8μm，膜厚度为550μm，膜的导热系数为0.035W m-1K-1，拥有优异的隔热性能。
将6.0g PS置于20mL二氯甲烷中，通过搅拌使其完全溶解成为均匀的溶液；将2.5gPVP置于去离子水中，在40℃下进行加热直至完全溶解。待温度降至常温，将两溶液混合并置于均质器下搅拌40min至均匀的乳液。随后立即将乳液转移到通风橱中，在30℃下搅拌120min，之后升温至45℃后再搅拌60min，让二氯甲烷慢慢挥发直到除净。将PS溶液进行离心处理，离心速度1500r/min，通过三次的连续水洗过程除去大部分的PVP，将制备得到的溶液分散到水溶液中，即实现了PS微球的制备，微球尺寸分布在9～15μm。
将5mL浓度为5mg/mL的GO分散液添加到6mL浓度为0.06mg/mL PS分散液中，经过超声处理55min，获得均匀的GO/PS分散液，并且实现了GO对PS微球的包覆，之后量取60μL(50mg/mL)的维生素C滴加到GO/PS分散液中，75℃下加热80min实现对GO的还原，最终形成了rGO/PS分散液。将rGO/PS分散液通过抽滤过程沉积在直径为4cm聚砜膜基体上，获得了双层rGO/PS@PSf光热转换复合膜，其中光热转换层厚度为400μm。在250～2500nm的波长范围内对太阳光的吸收可以达到95％，光热转换层界面温度为78℃，能量转换效率67％，太阳能水蒸发速率为0.68kg/m2 h。

Claims (6)

1.一种太阳能水蒸发用聚砜基光热转换复合膜，其特征在于，包括隔热层，和隔热层上表面的光热转换层，水输送通道分布在光热转换层中；
所述隔热层为具有胞腔状闭孔结构的聚砜膜，
所述太阳能水蒸发用聚砜基光热转换复合膜的制备方法为：
（1）聚苯乙烯微球的制备：将一定质量的聚苯乙烯置于一定体积二氯甲烷中，通过搅拌使其完全溶解成为均匀的溶液；将一定质量聚乙烯吡咯烷酮置于一定体积去离子水中，在一定温度下进行加热直至完全溶解，待温度降至常温，将两溶液混合并置于均质器下搅拌一段时间，搅拌结束后混合溶液变为均匀的乳液，立即将乳液转移到通风橱中，在低温下搅拌一段时间，之后升温后再搅拌一段时间，让二氯甲烷慢慢挥发，避免加热过快导致的乳液表面成膜问题，二氯甲烷除干净后，聚苯乙烯溶液进行离心处理，通过三次的连续水洗过程除去大部分的聚乙烯吡咯烷酮，将制备得到的溶液分散到水溶液中，即实现了聚苯乙烯微球的制备；
（2）具有胞腔状闭孔结构的聚砜膜的制备：将一定质量的聚砜溶解在有机溶剂中，在一定加热温度下持续搅拌以形成均匀的铸膜液，常温静置一段时间，以彻底去除铸膜液中的气泡，之后将铸膜液倒至洁净的玻璃基板上，用金属刮刀将铸膜液铺展成初生液膜，之后将初生液膜置于空气中一定时间以使溶剂挥发，然后将相转化完成后的固体膜浸泡在去离子水中24 h来去除残留在膜基体内的多余溶剂，将膜取出在室温下晾干以进一步使用；
所述的具有胞腔状闭孔结构的聚砜膜，膜厚度为100~600 μm，膜上下表面无孔或有少量开孔，所述的胞腔状孔结构为闭孔，孔尺寸为2~20 μm，所述的聚砜膜的导热系数为0.03~0.06 W m −1 K -1；
（3）聚砜基光热转换复合膜的制备：将氧化石墨烯水分散液添加到步骤（1）中制备的聚苯乙烯微球水分散液中，经过超声处理，获得均匀的氧化石墨烯/聚苯乙烯水分散液，并且实现了氧化石墨烯对聚苯乙烯微球的包覆，之后量取一定体积的还原剂滴加到该分散液中，通过加热实现对氧化石墨烯的还原，最终形成了rGO/PS分散液，将rGO/PS分散液通过真空辅助抽滤过程沉积在聚砜膜基体上，成功制备rGO/PS@PSf光热转换复合膜；
所述还原剂为水合肼或维生素C；
rGO和PS微球之间形成水输送通道。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能水蒸发用聚砜基光热转换复合膜，其特征在于，所述光热转换层厚度为200~600 μm，对太阳光吸收率为85~95%，光热转换层界面温度为65~80℃，能量转换效率为60~69%。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能水蒸发用聚砜基光热转换复合膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的聚苯乙烯的质量为0.5~6 g，PVP的质量为0.5~5 g，二氯甲烷的体积为5~60 mL，去离子水的体积为30~120 mL，加热温度为35~50℃，在均质器下搅拌速度为500~3000 rpm，搅拌时间为2~40 min，在通风橱中先在 20~50℃下搅拌100~160 min，之后在30~60℃下搅拌40~80 min，离心速度为800~2000 r/min，离心时间为2-20 min，步骤（1）中所述的聚苯乙烯微球的尺寸为1~15 μm。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能水蒸发用聚砜基光热转换复合膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的聚砜的质量份数为5~25，有机溶剂的质量份数为75~95，所述的有机溶剂为二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、氯仿和二氯甲烷中的一种或是任意两种的混合液。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能水蒸发用聚砜基光热转换复合膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的加热温度为45℃~90℃，加热时间为4~24 h，搅拌速度为200~450 rpm，所述的初生液膜置于空气中溶剂挥发的时间为6~30 h。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能水蒸发用聚砜基光热转换复合膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的氧化石墨烯 水分散液体积为2~6 mL，浓度为1~6 mg/mL，聚苯乙烯微球水分散液 体积为2~7 mL，浓度为0.01~0.08 mg/mL，超声时间控制在10~60 min，还原剂体积为20~60 μL，浓度为20~60 mg/mL，加热温度为70℃~90℃，加热时间为20~80min。
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