CN114394780A - 一种氧化石墨烯-钯盐复合墨水、多级多孔石墨烯-钯蒸发器及其制备方法和应用 - Google Patents

一种氧化石墨烯-钯盐复合墨水、多级多孔石墨烯-钯蒸发器及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供氧化石墨烯‑钯盐复合墨水、多级多孔石墨烯‑钯蒸发器及其制备方法和应用，氧化石墨烯‑钯盐复合墨水包括如下原料组分：六氯钯酸钾的水溶液、氧化石墨烯水溶液、氢氧化钠水溶液和丙烯酸树脂水溶液；多级多孔石墨烯‑钯蒸发器由氧化石墨烯‑钯盐复合墨水经3D打印得到。本发明通过3D打印的方法制备得到的多级多孔石墨烯‑钯蒸发器，具有太阳能驱动污水蒸发纯化速度快、抗积盐性能好、催化污染物性能好、循环应用稳定性好等优点，可以在蒸发产水的同时催化留下的污染物，多级多孔结构有效促进催化反应相关物质的传输以及水汽的逸出，在太阳能驱动的高效水处理中具有广泛应用前景。

Description

一种氧化石墨烯-钯盐复合墨水、多级多孔石墨烯-钯蒸发器 及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体涉及一种氧化石墨烯-钯盐复合墨水、多级多孔石墨烯-钯蒸发器及其制备方法和应用。
背景技术
虽然水是地球上最丰富的资源之一，覆盖了地球表面的四分之三，但其中97％是海水。全球三分之二的人口每年至少有一个月的时间生活在严重缺水的环境中。对丰富的海水和微咸水进行淡化，可以在不损害天然淡水生态系统的情况下稳定可靠地生产高质量的水，广泛用于解决日益严重的水资源短缺问题。
在近几十年，随着世界工业的发展对海洋的污染日趋严重，从污染的海水中得到净化水是一个不可避免的问题。热净化，如多效蒸馏，是一种通过电热转化驱动海水蒸发和冷凝，从而生产淡水的商业化技术；此外，基于反渗透膜的技术是一种通过施加压力实现盐离子、污染物和纯水分离，从而生产淡水的商业化技术。但是，热净化和反渗透膜等水净化技术存在能耗高、装置复杂等问题，在欠发达和偏远地区难以应用，而且造成了大量的碳排放。
太阳能蒸发器可以有效地将阳光转化为热量并通过蒸发生产淡水，近几年受到广泛研究。与传统水净化技术相比，太阳能驱动水蒸发生产淡水具有绿色低碳和小型化的特点，是一种适合在欠发达和偏远地区广泛应用的绿色可持续净水技术。最近，余桂华等开发了一系列水凝胶蒸发器，能处理复杂污染废水并生产净水，且具有3.86kg·m-2·h-1的较高蒸发速率。然而，其蒸发后残留的污染物仍需要被处理。迄今为止，开发一种能在蒸发过程中高效催化有机污染物的蒸发器仍是巨大挑战。
针对以上问题，我们亟需要研究出一种能够在蒸发过程中高效催化有机污染物的蒸发器，从而能够用于水处理中。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种氧化石墨烯-钯盐复合墨水、多级多孔石墨烯-钯蒸发器及其制备方法和应用。
本发明的第一个目的在于提供一种氧化石墨烯-钯盐复合墨水，包括如下原料组分：六氯钯酸钾的水溶液、氧化石墨烯水溶液、氢氧化钠水溶液和丙烯酸树脂水溶液。
具体地，所述六氯钯酸钾的水溶液、所述氧化石墨烯溶液、所述氢氧化钠溶液和所述丙烯酸树脂溶液的投料体积比为(30-98):5000:(375-400):5000。
具体地，所述六氯钯酸钾的水溶液的浓度为0.005-0.015mol/L；所述氧化石墨烯水溶液的浓度为5-20mg/mL。
优选地，所述六氯钯酸钾的水溶液的浓度为0.005-0.01mol/L；所述氧化石墨烯水溶液的浓度为15-20mg/mL。
具体地，所述丙烯酸树脂水溶液为8-20mg/mL，所述丙烯酸树脂的分子量为7×105-4×106g/mol，所述氢氧化钠水溶液浓度为10-400mg/mL。优选地，所述丙烯酸树脂水溶液为15-20mg/mL，所述丙烯酸树脂的分子量为7×105-4×106g/mol，所述氢氧化钠水溶液浓度为15-25mg/mL。
本发明的第二个目的在于提供一种多级多孔石墨烯-钯蒸发器，由如上任一所述氧化石墨烯-钯盐复合墨水制备得到。
本发明的第三个目的在于提供一种如上所述多级多孔石墨烯-钯蒸发器的制备方法，包括如下步骤：
S1、获得基底，将如权利要求1-4任一所述氧化石墨烯-钯盐复合墨水放入3D打印机针筒中，设定3D打印机参数，在所述基底上进行3D打印得到氧化石墨烯-钯盐复合水凝胶；
S2、将所述氧化石墨烯-钯盐复合水凝胶进行冷冻干燥1-48h后，得到氧化石墨烯-钯盐复合气凝胶；
S3、将所述氧化石墨烯-钯盐复合气凝胶在惰性气体氛围下，进行高温煅烧，得到所述多级多孔石墨烯-钯蒸发器。
具体的，S1步骤中，3D打印机的打印针头与针筒相适配，所述打印针头的直径为100-2000μm；
优选地，S1步骤中，所述打印针头的起点和所述基底之间的间距为所述打印针头直径的0.75倍。
具体的，S1步骤中，3D打印机参数包括预先设定好3D打印机机械臂的移动程序，选择气压为20～600kPa，机械臂的移动速度为1～20mm/s。
具体的，S3步骤中，所述高温煅烧是将所述氧化石墨烯-钯盐复合气凝胶，在管式炉内以1～40℃/min的升温速度升温至200～800℃煅烧。
本发明的第四个目的在于提供一种如上所述多级多孔石墨烯-钯蒸发器或如上任一所述制备方法制备得到的多级多孔石墨烯-钯蒸发器在太阳能驱动的高效水处理中的应用。
本发明创造性地提出，相比于现有的技术手段，具有如下优势：
本发明通过3D打印的方法制备得到的多级多孔石墨烯-钯蒸发器，具有太阳能驱动污水蒸发纯化速度快、抗积盐性能好、催化污染物性能好、循环应用稳定性好等优点，可以在蒸发产水的同时催化留下的污染物，多级多孔结构有效促进催化反应相关物质的传输以及水汽的逸出，在太阳能驱动的高效水处理中具有广泛应用前景。
说明书附图
附图1为本发明3D打印多级多孔石墨烯-钯蒸发器的制备过程和结构表征：
(a)将实施例1的氧化石墨烯-钯盐复合墨水经3D打印后进行冻干和高温还原，得到3D打印多级多孔石墨烯-钯蒸发器(Porous rGO/Pd)；
(b-c)实施例1的顶部和底部的不同放大倍数的SEM表征图；
(d-e)实施例1的TEM表征图和粒径分布统计图；
(f)实施例1的高分辨TEM表征图；
(g)实施例1的TEM元素mapping图。
附图2为本发明3D打印多级多孔石墨烯-钯蒸发器催化还原对硝基苯酚(4-NP)暗反应的催化性能和太阳能驱动的双功能水处理性能：
(a-b)实施例1催化还原对硝基苯酚(4-NP)暗反应的的紫外可见光谱图和可重复使用性；
(c)与近年来报道的其他负载钯纳米颗粒的材料的催化还原4-NP性能进行了比较；
(d)实施例1在太阳能驱动的双功能水处理过程；
(e)实施例1在太阳能驱动的双功能水处理模式下催化还原4-NP的紫外可见光谱图；
(f)实施例1在太阳能驱动的双功能水处理模式下的净化水分析；
(g)与近年来报道的其他蒸发器的产水率进行了比较。
附图3为传统3D打印石墨烯蒸发器与本发明3D打印多级多孔石墨烯-钯蒸发器的比较和户外展示：
(a)传统3D打印石墨烯蒸发器经太阳能驱动的双功能水处理得到净化水但仍留下高毒性污染物；
(b)3D打印多级多孔石墨烯-钯蒸发器经太阳能驱动的双功能水处理得到净化水且只留下低毒性污染物便于回收；
(c-d)3D打印多级多孔石墨烯-钯蒸发器对实际海水进行太阳能驱动的双功能水处理得到的净化水分析和户外展示图。
附图4为本发明3D打印多级多孔石墨烯-钯蒸发器和3D打印无孔负载钯纳米颗粒的石墨烯蒸发器催化还原4-NP暗反应性能和蒸发脱盐性能测试(实施例2，实施例3，对比例3，对比例4)：
(a)实施例2制备得到的多级多孔石墨烯-钯蒸发器的SEM图；
(b)对比例3制备得到的无孔负载钯纳米颗粒的石墨烯蒸发器的SEM图；
(c-d)分别为实施例2和对比例3的蒸发器进行的催化还原4-NP暗反应性能图：
(e-f)分别为实施例3和对比例4的太阳能蒸汽的产生图：
(g-h)分别为实施例3和对比例4中太阳能脱盐60min后蒸发器实物图。
附图5为本发明3D打印多级多孔石墨烯-钯蒸发器所用氧化石墨烯-钯盐复合墨水的打印展示图：
(a)蜂窝网格图；(b)圆环网格图；(c)大方形网格图；(d)FUNSOM图；(e)转折网格图；(f)箭头网格图。
具体实施方式
为了能够解决现有技术中的水资源短缺的问题，从污染的海水中得到净化水是一个不可避免的问题。但是现有技术中的一些水净化技术，会存在能耗高、装置复杂、环境污染或者是蒸发后残留的污染物需要被处理的问题，因此，研发出一种在蒸发过程中高效催化有机污染物的蒸发器是迫在眉睫的。
本发明的一个实施方式中，提供一种多级多孔石墨烯-钯蒸发器，由氧化石墨烯-钯盐复合墨水制备得到。氧化石墨烯-钯盐复合墨水，包括如下原料组分：六氯钯酸钾的水溶液、氧化石墨烯水溶液、氢氧化钠水溶液和丙烯酸树脂水溶液。本发明中六氯钯酸钾的水溶液中，为了防止氧化，会添加少量的浓盐酸；氢氧化钠水溶液充当中和剂的作用。本申请也可以选用其他类型的酸和中和剂，此处优选浓盐酸和氢氧化钠是由于不会引入其他的元素，不会影响后续表征。
中和增稠是丙烯酸树脂的增稠机理之一，其通常是将丙烯酸树脂中和成盐，卷曲的分子因电斥力张开因而起到增稠的作用；而氢氧化钠是常用的中和剂。当氧化石墨烯-钯盐复合墨水为中性时，丙烯酸树脂的分子链张开至最大，冻干后得到的氧化石墨烯-钯盐复合气凝胶中丙烯酸树脂的高分子链重重交叠，影响石墨烯片层的交联形成的微观孔隙，造成其孔隙率下降，水分子汽化后，会出现表面无孔的现象。在保证氧化石墨烯-钯盐复合墨水可打印的前提下，通过调节氢氧化钠的量，将氧化石墨烯-钯盐复合墨水调节为弱酸性，此时丙烯酸树脂的分子链呈蜷缩状态，冻干后得到的氧化石墨烯-钯盐复合气凝胶中丙烯酸树脂的高分子链交叠程度较低，石墨烯片层交联形成的微观孔隙保持较好。将氧化石墨烯-钯盐复合气凝胶进行高温煅烧，丙烯酸树脂被去除。由于现有技术中的最高浓度的商用石墨烯只能为溶液，并不能直接用于喷墨打印，因而加入丙烯酸树脂，以形成氧化石墨烯-钯盐复合墨水用，通过3D打印制备得到本发明所述多级多孔石墨烯-钯蒸发器，并不是无孔的蒸发器。
我们限定六氯钯酸钾的水溶液、氧化石墨烯溶液、氢氧化钠溶液和丙烯酸树脂溶液的投料体积比为(30-98):5000:(375-400):5000。氢氧化钠的含量大小会影响到蒸发器的开孔性能，只有在本申请的上述范围内才能得到多级多孔石墨烯-钯蒸发器。从附图1的b-c的SEM图中能够明显观察到石墨烯-钯蒸发器为多级多孔的。
六氯钯酸钾的水溶液的浓度为0.005-0.15mol/L，优选地，六氯钯酸钾的水溶液的浓度为0.005-0.01mol/L。具体制备方法如下，将六氯钯酸钾粉末和盐酸混合后加热至溶解，再加入去离子水进行定容，得到六氯钯酸钾的水溶液，待用。
氧化石墨烯水溶液的浓度为5-20mg/mL。优选地，氧化石墨烯水溶液的浓度为15-20mg/mL。具体制备方法如下，将市售氧化石墨烯和去离子水混合，超声1-2h后搅拌3-4h，得到均匀的氧化石墨烯水溶液，待用。
丙烯酸树脂水溶液为8-20mg/mL，优选地，丙烯酸树脂水溶液为15-20mg/mL。丙烯酸树脂的分子量为7×105-4×106g/molg/mol。具体制备方法如下，将丙烯酸树脂和去离子水混合，静置约4h进行溶胀，得到丙烯酸树脂水溶液，待用。
氢氧化钠水溶液浓度为10-400mg/mL。优选地，氢氧化钠水溶液浓度为15-25mg/mL。。具体制备方法如下，将氢氧化钠和去离子水混合溶解，得到氢氧化钠水溶液，待用。
本发明氧化石墨烯-钯盐复合墨水的制备如下，将上述制备得到的六氯钯酸钾的水溶液和氧化石墨烯水溶液混合，超声后搅拌约1h，然后依次加入氢氧化钠水溶液和丙烯酸树脂水溶液，混合均匀后得到氧化石墨烯-钯盐复合墨水，待用。
3D打印氧化石墨烯-钯盐复合墨水需要一定的浓稠度，根据商用石墨烯的使用方法，优选浓度为20mg/mL；根据丙烯酸树脂水溶液的使用方法，优选浓度为20mg/mL；氢氧化钠溶液的浓度和添加量决定了蒸发器的开孔状态，进而影响催化蒸发性能；钯盐溶液的浓度和添加量决定了钯纳米颗粒的负载，和蒸发器催化性能有关。
本发明又一实施方式中，提供一种如上述多级多孔石墨烯-钯蒸发器的制备方法，包括如下步骤：
S1、将上述氧化石墨烯-钯盐复合墨水放入3D打印机针筒中，其中，3D打印机的打印针头与针筒相适配，打印针头的直径为100-2000μm，打印针头的起点和基底之间的间距为打印针头直径的0.75倍。同时设定3D打印机参数(预先设定好3D打印机机械臂的移动程序，选择气压为20～600kPa，机械臂的移动速度为1～20mm/s)，以玻璃片为基底进行3D打印得到氧化石墨烯-钯盐复合水凝胶；
S2、将氧化石墨烯-钯盐复合水凝胶进行冷冻干燥1-48h后，得到氧化石墨烯-钯盐复合气凝胶；
S3、将氧化石墨烯-钯盐复合气凝胶在惰性气体氛围下，进行高温煅烧，即将氧化石墨烯-钯盐复合气凝胶，在管式炉内以1～40℃/min的升温速度升温至200～800℃煅烧得到多级多孔石墨烯-钯蒸发器。
此处的惰性气体氛围可以为氮气或氩气。
本发明的再一实施方式中，一种上述多级多孔石墨烯-钯蒸发器或如上述制备方法制备得到的多级多孔石墨烯-钯蒸发器在水处理领域的应用。本发明制备得到的多级多孔石墨烯-钯蒸发器的多孔多级的结构赋予其能够用于太阳能驱动双功能水处理中。本发明所述多级包括宏观传输孔道，也包括微观孔隙，宏观与微观两者想结合，从附图1的b-c的SEM图中能够明显观察到石墨烯-钯蒸发器的多孔的。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明并不限于以下实施例。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为本行业中的常规条件。
实施例1
本实施例提供一种氧化石墨烯-钯盐复合墨水，将156ul六氯钯酸钾的水溶液(0.01M)和10mL氧化石墨烯水溶液(20mg/mL)混合，超声5min后搅拌1h，然后依次加入0.75mL氢氧化钠水溶液(20mg/mL)和10mL丙烯酸树脂水溶液(20mg/mL)，混合均匀后得到氧化石墨烯-钯盐复合墨水，待用。此实施例中六氯钯酸钾的水溶液、氧化石墨烯溶液、氢氧化钠溶液和丙烯酸树脂溶液的投料体积比为78:5000:375:5000。
本实施例还提供一种多级多孔石墨烯-钯蒸发器及其制备方法，制备方法包括如下步骤：
S1、将上述氧化石墨烯-钯盐复合墨水放入3D打印机10mL针筒中，其中，3D打印机的打印针头与针筒相适配，打印针头的直径为100-2000μm，打印针头的起点和基底之间的间距为打印针头直径的0.75倍。同时设定3D打印机参数(预先设定好3D打印机机械臂的移动程序，选择气压为20～600kPa，机械臂的移动速度为1～20mm/s)，以玻璃片为基底进行3D打印得到氧化石墨烯-钯盐复合水凝胶；
S2、将氧化石墨烯-钯盐复合水凝胶进行冷冻干燥1-48h后，得到氧化石墨烯-钯盐复合气凝胶；
S3、将氧化石墨烯-钯盐复合气凝胶在氮气氛围下，进行高温煅烧，即将氧化石墨烯-钯盐复合气凝胶，在管式炉内以1～40℃/min的升温速度升温至200～800℃煅烧得到多级多孔石墨烯-钯蒸发器(Porous rGO/Pd)。
本实施例还提供一种多级多孔石墨烯-钯蒸发器的应用，本实施例实验进行双功能水处理测试。
实施例2
本实施例提供一种氧化石墨烯-钯盐复合墨水、多级多孔石墨烯-钯蒸发器及其制备方法和应用，其与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例实验进行催化还原4-NP暗反应测试。
实施例3
本实施例提供一种氧化石墨烯-钯盐复合墨水、多级多孔石墨烯-钯蒸发器及其制备方法和应用，其与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例实验进行蒸发脱盐测试。
实施例4
本实施例提供一种氧化石墨烯-钯盐复合墨水、多级多孔石墨烯-钯蒸发器及其制备方法和应用，其与实施例1基本相同，不同之处在于，添加60ul六氯钯酸钾的水溶液(0.01M)。此实施例中六氯钯酸钾的水溶液、氧化石墨烯溶液、氢氧化钠溶液和丙烯酸树脂溶液的投料体积比为30:5000:375:5000；本实施例实验进行双功能水处理测试。
实施例5
本实施例提供一种氧化石墨烯-钯盐复合墨水、多级多孔石墨烯-钯蒸发器及其制备方法和应用，其与实施例1基本相同，不同之处在于，添加196ul六氯钯酸钾的水溶液(0.01M)。此实施例中六氯钯酸钾的水溶液、氧化石墨烯溶液、氢氧化钠溶液和丙烯酸树脂溶液的投料体积比为98:5000:375:5000；本实施例实验进行双功能水处理测试。
对比例1
本对比例提供一种氧化石墨烯墨水、石墨烯蒸发器及其制备方法和应用，其与实施例1基本相同，不同之处在于，氧化石墨烯墨水中，无需投料六氯钯酸钾的水溶液，氧化石墨烯水溶液的投料体积、氢氧化钠水溶液的投料体积、丙烯酸树脂水溶液的投料体积比为5000:375:5000，制备出传统3D打印石墨烯蒸发器；本对比例实验进行双功能水处理测试。
对比例2
本对比例提供一种氧化石墨烯-钯盐复合墨水、多级多孔石墨烯-钯蒸发器及其制备方法和应用，其与实施例2基本相同，不同之处在于，本对比例实验进行催化还原4-NP暗反应测试时，将蒸发器沉入容器底部。
对比例3
本对比例提供一种氧化石墨烯-钯盐复合墨水、多级多孔石墨烯-钯蒸发器及其制备方法和应用，其与实施例2基本相同，不同之处在于，本对比例还提供一种多级多孔石墨烯-钯蒸发器的应用，本对比例实验进行催化还原4-NP加光反应测试时，将蒸发器沉入容器底部。
对比例4
本对比例提供一种无孔的负载钯纳米颗粒的石墨烯蒸发器，其与实施例1基本相同，不同之处在于，氧化石墨烯-钯盐复合墨水中，六氯钯酸钾的水溶液的投料体积、氧化石墨烯水溶液的投料体积、氢氧化钠水溶液的投料体积、丙烯酸树脂水溶液的投料体积比为78:5000:800:5000，制备出无孔的负载钯纳米颗粒的石墨烯蒸发器(Non-porous rGO/Pd)；本对比例实验进行催化还原4-NP暗反应测试。
对比例5
本对比例提供一种无孔的负载钯纳米颗粒的石墨烯蒸发器，其与实施例1基本相同，不同之处在于，氧化石墨烯-钯盐复合墨水中，六氯钯酸钾的水溶液的投料体积、氧化石墨烯水溶液的投料体积、氢氧化钠水溶液的投料体积、丙烯酸树脂水溶液的投料体积比78:5000:800:5000，制备出无孔的负载钯纳米颗粒的石墨烯蒸发器(Non-porous rGO/Pd)；本对比例实验进行蒸发脱盐测试。
将上述实施例和对比例进行如下测试，具体实验条件和方法如下：
催化还原4-NP暗反应测试：在NaBH4的存在下4-NP在室温下被还原为4-AP，简单地说，将新制备的NaBH4溶液(5mL,0.4g·L-1)与4-NP(5mL,4g·L-1)混合，得到混合物；再立即将多级多孔石墨烯-钯蒸发器加入到混合物中，不搅拌。收集并测量了反应溶液在不同阶段的紫外-可见吸收光谱(珀金埃尔默LAMBDA 750分光光度计)，以评价其催化性能和动力学行为TOF(molNP molPd -1min-1)。多级多孔石墨烯-钯蒸发器经催化还原后，用去离子水洗涤，60℃烘干，用于重复使用试验。
催化还原4-NP加光反应测试：在NaBH4的存在下4-NP在加光条件下被还原为4-AP，简单地说，使用氙气灯源(HSX-F300，北京NBet)作为太阳能模拟器，光功率密度计(CEL-NP2000，北京中教金光科技有限公司，用于氙灯强度的测量)，将新制备的NaBH4溶液(5mL,0.4g·L-1)与4-NP(5mL,4g·L-1)混合，得到混合物；再立即将多级多孔石墨烯-钯蒸发器加入到混合物中，不搅拌。收集并测量了反应溶液在不同阶段的紫外-可见吸收光谱(珀金埃尔默LAMBDA 750分光光度计)，以评价其催化性能和动力学行为TOF(molNP molPd -1min-1)。多级多孔石墨烯-钯蒸发器经催化还原后，用去离子水洗涤，60℃烘干，用于重复使用试验。
蒸发脱盐测试：使用氙气灯源(HSX-F300，北京NBet)作为太阳能模拟器，用于室内太阳能驱动的水分蒸发性能测试。光功率密度计(CEL-NP2000，北京中教金光科技有限公司，用于氙灯强度的测量)。石英称量瓶是选择作为太阳能驱动蒸发设备的容器。因为面积称量瓶比蒸发器面积大，将多级多孔石墨烯-钯蒸发器内嵌聚苯乙烯泡沫，隔离散装水的干扰。使用一种分析天平(OHRUS PR124ZH/E)，用于实时监测蒸发过程中卤水(3.5wt％NaCl溶液)的质量变化m1(kg)，然后得到蒸发速率
Figure BDA0003482631550000121
由于多级多孔石墨烯-钯蒸发器的温度高于环境温度，没有环境能量的输入，所以不需要减去暗中的蒸发速率。试验过程中，室内温度始终保持在25℃，湿度始终保持维持在40-60％。将上述容器放置在15cm*15cm*15cm的亚克力立方体集水装置里，氙灯强度测试需透过集水装置测试，集水质量为
Figure BDA0003482631550000122
双功能水处理测试：催化还原4-NP的同时收集净水。使用氙气灯源(HSX-F300，北京NBet)作为太阳能模拟器，用于室内太阳能驱动的水分蒸发性能测试。光功率密度计(CEL-NP2000，北京中教金光科技有限公司，用于氙灯强度的测量。将新制备的NaBH4溶液(5mL,0.4g·L-1)与4-NP(5mL,4g·L-1)混合，得到混合液；再立即将多级多孔石墨烯-钯蒸发器加入到混合物中，不搅拌。收集并测量了反应溶液在不同阶段的紫外-可见吸收光谱(珀金埃尔默LAMBDA 750分光光度计)，以评价其催化性能和动力学行为。将上述容器放置在15cm*15cm*15cm的亚克力立方体集水装置里，氙灯强度测试需透过集水装置测试，集水质量为
Figure BDA0003482631550000123
Figure BDA0003482631550000131
从附图4的a图中可以看出，本申请实施例2中通过3D打印制备得到的多级多孔石墨烯-钯蒸发器有序且多孔，而b图中可以看出对比例3中3D打印无孔负载钯纳米颗粒的石墨烯蒸发器无孔。
从附图4的c图可以看出本申请实施例3的蒸发器能够实现高效快速催化，而从d图中可以看出对比例3的催化较慢。
从附图4的e图可以看出本申请实施例3蒸发器蒸汽产生快速，而从f图中可以看出对比例4的蒸汽产生较慢。
从附图4的g图可以看出本申请实施例3蒸发器具有抗积盐性能，而从h图中可以看出对比例4产生大量积盐。
本发明通过3D打印的方法制备得到的多级多孔石墨烯-钯蒸发器，具有太阳能驱动污水蒸发纯化速度快，可以从图2c的循环次数和TOF值看出，TOF值越高催化性能越好、抗积盐性能好、催化污染物性能好。积盐可以从蒸发速率积盐会降低蒸发速率，同时实验现象表明无孔样品测试时会产生积盐，有孔样品不会、循环应用稳定性好，从附图2b和图2g可以看出，可以在蒸发产水的同时催化留下的污染物，多级多孔结构有效促进催化反应相关物质的传输以及水汽的逸出，在太阳能驱动的高效水处理中具有广泛应用前景。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种氧化石墨烯-钯盐复合墨水，其特征在于，包括如下原料组分：六氯钯酸钾的水溶液、氧化石墨烯水溶液、氢氧化钠水溶液和丙烯酸树脂水溶液。
2.根据权利要求1所述氧化石墨烯-钯盐复合墨水，其特征在于：所述六氯钯酸钾的水溶液、所述氧化石墨烯溶液、所述氢氧化钠溶液和所述丙烯酸树脂溶液的投料体积比为(30-98):5000:(375-400):5000。
3.根据权利要求1所述氧化石墨烯-钯盐复合墨水，其特征在于：所述六氯钯酸钾的水溶液的浓度为0.005-0.015mol/L；所述氧化石墨烯水溶液的浓度为5-20mg/mL。
4.根据权利要求1所述氧化石墨烯-钯盐复合墨水，其特征在于：所述丙烯酸树脂水溶液为8-20mg/mL，所述丙烯酸树脂的分子量为7×105-4×106g/mol，所述氢氧化钠水溶液浓度为(10-400)mg/mL。
5.一种多级多孔石墨烯-钯蒸发器，其特征在于：由如权利要求1-4任一所述氧化石墨烯-钯盐复合墨水制备得到。
6.一种如权利要求5所述多级多孔石墨烯-钯蒸发器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获得基底，将如权利要求1-4任一所述氧化石墨烯-钯盐复合墨水放入3D打印机针筒中，设定3D打印机参数，在所述基底上进行3D打印得到氧化石墨烯-钯盐复合水凝胶；
S2、将所述氧化石墨烯-钯盐复合水凝胶进行冷冻干燥1-48h后，得到氧化石墨烯-钯盐复合气凝胶；
S3、将所述氧化石墨烯-钯盐复合气凝胶在惰性气体氛围下，进行高温煅烧，得到所述多级多孔石墨烯-钯蒸发器。
7.根据权利要求6所述多级多孔石墨烯-钯蒸发器的制备方法，其特征在于：S1步骤中，3D打印机的打印针头与针筒相适配，所述打印针头的直径为100-2000μm；
优选地，S1步骤中，所述打印针头的起点和所述基底之间的间距为所述打印针头直径的0.75倍。
8.根据权利要求6所述多级多孔石墨烯-钯蒸发器的制备方法，其特征在于：S1步骤中，3D打印机参数包括预先设定好3D打印机机械臂的移动程序，选择气压为20～600kPa，机械臂的移动速度为1～20mm/s。
9.根据权利要求6所述多级多孔石墨烯-钯蒸发器的制备方法，其特征在于：S3步骤中，所述高温煅烧是将所述氧化石墨烯-钯盐复合气凝胶，在管式炉内以1～40℃/min的升温速度升温至200～800℃煅烧。
10.一种权利要求5所述多级多孔石墨烯-钯蒸发器或如权利要求6-9任一所述制备方法制备得到的多级多孔石墨烯-钯蒸发器在太阳能驱动的高效水处理中的应用。
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