CN114249371A - 一种光热水蒸发材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光热水蒸发材料的制备方法，以棉花作为载体，先后在pH为8‑8.9的Tris缓冲溶液、多巴胺盐酸盐水溶液、硫酸铜的过氧化氢水溶液和石墨烯分散液中浸渍，制得具有聚多巴胺和石墨烯修饰层的棉花，方法简单，制作成本低，制得的材料能够减少水在运输过程中的热量损失问题，提高光热转化率。本发明以棉花为载体，成本低廉，环保无毒，其具有极低导热率，且为亲水材料，纤维为中空结构，具有毛细作用，可有效吸收水分，石墨烯具有良好的导热性和结构稳定性，可增强材料的光热转化效率，聚多巴胺则具有良好的吸附性能以及光热特性，并将棉花与石墨烯连结在一起，有利于形成稳定的复合材料，特别适合用于海水淡化和污水处理等领域。
Description
技术领域
本发明涉及光热材料技术领域，具体涉及一种有效利用太阳能能加速水蒸发的光热材料，可应用于海水淡化和污水处理等方面。
背景技术
随着工业的发展以及环境的恶化，淡水资源短缺问题日益严重。太阳能作为取之不尽用之不竭的清洁能源，在海水淡化方面引起了广泛的研究。太阳能驱动水蒸发技术一般分为两种，一种是将太阳能转换为热能，来驱动水的相变过程；另一种是将太阳能转换为电能，来驱动水的渗析。其中，第一种即为太阳能的光热技术。现实生活中，水对太阳能的吸收能力有限，光热的转换效率较低，阻碍了太阳能驱动水蒸发技术的发展，因此，通常需要用到光热材料。
界面水蒸发是近期兴起的一种新型光热水蒸发形式。通过合理的材料结构设计对光热转化作用、水分传输、热量分布进行有效管理可以大幅提升光热材料的转换效率和光热水蒸发效率。光热材料通常放置在水面上(即在空气-水界面处)，吸收太阳光并将其转化为热，从而加热并蒸发吸收的水。在此过程中，由于光热材料与水体之间的直接接触，热量直接扩散到水体中，从而造成热量的损失。因此，如何将热量限定在光热材料的表面上，降低热量损失，并提高能源的利用效率，是目前该技术需解决的关键问题。现有技术中，典型的光热材料是金属材料，通过金属粒子表面的等离子体共振效应激发内部自由电子气体振荡而形成热能，目前研究报道的比较多的材料是金、银和钯，研究的最多的为金纳米材料，但上述贵金属材料的成本过高，限制了其大规模使用，另有一些金属材料比如低成本的铜或者铝，但转换效率低。另一类典型的光热材料是半导体，例如铜的硫族化合物，或者一些过渡金属以及它们的氮化物、碳化物、硼化物和硫化物等都具有光谱选择性吸收特性，但这类材料也存在光热转换效率低的问题。
综上，如何将热量限定在光热水蒸发材料的上，提高水运输能力，降低热量损失，增强光热转换效率，进而提高能源的利用效率，是目前光热技术中亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，提供一种光热水蒸发材料的制备方法，方法简单、成本低，制得的材料具有优良的光热性能。
技术方案
发明人采用具有光热效应聚多巴胺+石墨烯修饰层的棉花，使材料具有光热活性，其中，棉花材料来源广泛，成本低廉，环保无毒，其具有极低导热率，且为亲水材料，纤维为中空结构，具有毛细作用，可有效吸收水分；石墨烯具有良好的导热性和结构稳定性等优点，在光热转化材料的研究中显示出极大的优势，将其与光吸收系数高的纳米材料结合，从而增强材料的光热转化效率；聚多巴胺具有良好的吸附性能以及优异的光热特性，作为吸附材料，可以将棉花与石墨烯连结在一起，形成稳定的复合材料。具体方案如下：
一种光热水蒸发材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将棉花置于pH为8-8.9的Tris缓冲溶液中浸渍5-15min，然后取出、晾干；
(2)将步骤(1)处理后的棉花置于多巴胺盐酸盐水溶液中浸渍5-15min，然后取出、晾干；
(3)将步骤(2)处理后的棉花置于硫酸铜的过氧化氢水溶液中浸渍5-15min，然后取出、晾干；
(4)将步骤(3)处理后的棉花置于石墨烯分散液中浸渍5-15min，然后取出，水洗，最后室温干燥，得到光热水蒸发材料。
进一步，步骤(2)中，所述多巴胺盐酸盐水溶液的浓度为1-5mg/mL。
进一步，步骤(3)中，所述硫酸铜的过氧化氢水溶液中，硫酸铜的浓度为1-2mg/mL，过氧化氢的浓度为2-4mg/mL。
进一步，步骤(4)中，所述石墨烯分散液的浓度为1-2mg/mL。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种光热水蒸发材料的制备方法，以棉花作为载体，先后在pH为8-8.9的Tris缓冲溶液、多巴胺盐酸盐水溶液、硫酸铜的过氧化氢水溶液和石墨烯分散液中浸渍，制得具有聚多巴胺和石墨烯修饰层的棉花，方法简单，制作成本低，制得的材料能够减少水在运输过程中的热量损失问题，使得光热转化率提高。本发明的光热水蒸发材料以棉花为载体，棉花材料来源广泛，成本低廉，环保无毒，其具有极低导热率，且为亲水材料，纤维为中空结构，具有毛细作用，可有效吸收水分，石墨烯具有良好的导热性和结构稳定性等优点，将其与光吸收系数高的纳米材料结合，可增强材料的光热转化效率，聚多巴胺则具有良好的吸附性能以及优异的光热特性，作为吸附材料，将棉花与石墨烯连结在一起，有利于形成稳定的复合材料。特别适合用于海水淡化和污水处理等领域。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种光热水蒸发材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将棉花置于pH为8.5的Tris缓冲溶液中浸渍12min，然后取出、晾干；
(2)将步骤(1)处理后的棉花置于浓度为2.5mg/mL的多巴胺盐酸盐水溶液中浸渍12min，然后取出、晾干；
(3)将步骤(2)处理后的棉花置于硫酸铜的过氧化氢水溶液中浸渍12min，然后取出、晾干；所述硫酸铜的过氧化氢水溶液中，硫酸铜的浓度为1.5mg/mL，过氧化氢的浓度为3mg/mL；
(4)将步骤(3)处理后的棉花置于浓度为1.5mg/mL的石墨烯分散液中浸渍12min，然后取出，水洗，最后室温干燥，得到光热水蒸发材料。
对比例1
一种光热水蒸发材料的制备方法：将棉花置于pH为8.5的Tris缓冲溶液中浸渍12min，然后取出、晾干，再置于浓度为2.5mg/mL的多巴胺盐酸盐水溶液中浸渍12min，然后取出、水洗，室温干燥，得到光热水蒸发材料。
水蒸发量测试：
取12个相同大小的烧杯(250mL)，分为4个处理组：空白组、棉花组、对比例1组和实施例1组，每个组3只，均加入等量的水(100g)，在棉花组、对比例1组和实施例1组的烧杯内水面分别覆盖棉花、对比例1的光热水蒸发材料和实施例1的光热水蒸发材料，空白组无任何覆盖；使用氙灯作为光源模拟太阳光，调节光强度为一个太阳光强度；测定在光照下不同时间(分钟)烧杯重量变化(即水蒸发量)。测试结果见表1：
表1水蒸发量测试结果
由表1的测试结果可以看出，实施例1组的水蒸发量变化最大，即采用本发明实施例1的光热水蒸发材料拥有最快的水蒸发速率。这说明，综合棉花的毛细吸水作用及聚多巴胺和石墨烯的光热效应，制得的光热水蒸发材料可大大增加水蒸发的速率。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种光热水蒸发材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将棉花置于pH为8-8.9的Tris缓冲溶液中浸渍5-15min，然后取出、晾干；
(2)将步骤(1)处理后的棉花置于多巴胺盐酸盐水溶液中浸渍5-15min，然后取出、晾干；
(3)将步骤(2)处理后的棉花置于硫酸铜的过氧化氢水溶液中浸渍5-15min，然后取出、晾干；
(4)将步骤(3)处理后的棉花置于石墨烯分散液中浸渍5-15min，然后取出，水洗，最后室温干燥，得到光热水蒸发材料。
2.如权利要求1所述光热水蒸发材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述多巴胺盐酸盐水溶液的浓度为1-5mg/mL。
3.如权利要求1所述光热水蒸发材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述硫酸铜的过氧化氢水溶液中，硫酸铜的浓度为1-2mg/mL，过氧化氢的浓度为2-4mg/mL。
4.如权利要求1或2或3所述光热水蒸发材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述石墨烯分散液的浓度为1-2mg/mL。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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