CN116479656A - 一种高效光热转换的光热层及其制备方法、蒸发器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能海水淡化技术领域，尤其涉及一种高效光热转换的光热层及其制备方法、蒸发器，制备方法包括步骤：将海藻酸钠、PVA、ZnO和水混合，得到悬浮液；将光热材料与悬浮液混合，得到混合液；将混合液涂覆于棉织物表面，得到光热预制层；将光热预制层浸泡在金属盐溶液和酸溶液的混合溶液中，然后再转移至戊二醛溶液中进行二次浸泡，得到光热层。利用水凝胶的粘附性混入氧化锌和光热材料后涂覆于棉织物表面，通过金属离子和戊二醛将混合水凝胶进行交联，同时固定氧化锌和光热材料，再通过酸溶液进行浸泡将氧化锌刻蚀得到表面多孔的高效光吸收于热转换的光热层，并且采用光热层造成的蒸发器能够实现高效太阳能海水淡化。

Description

一种高效光热转换的光热层及其制备方法、蒸发器
技术领域
本发明涉及太阳能海水淡化技术领域，尤其涉及一种高效光热转换的光热层及其制备方法、蒸发器。
背景技术
快速人口增长和工业发展使淡水资源危机日益严重，淡水危机已经威胁到人类生存发展。地球上海洋覆盖面积71%，海水的储量约13.7亿立方千米，占地球总水量约95%，占地表水总量约98%，然而淡水只占全球水储量约2.53%，且可供人类直接使用的淡水总量仅占地球总储水量约十万分之七。
近几十年来，人们付出了巨大的努力解决淡水资源短缺问题。然而，现有的用于大规模淡水转换技术是以能源的高消耗为代价发明的，与此同时还伴随着高污染、高成本的缺点。利用丰富的太阳能处理海水以制备纯净的淡水，可以解决淡水资源和能源短缺的问题。
太阳能海水淡化是一种利用可再生能源太阳能、通过光热转换材料将光能转换为供水蒸发的热能，从而实现海水脱盐的技术，是一种具有广阔应用前景的可持续技术。然而，该技术仍然存在蒸发性能不足的问题，如何提升蒸发器的蒸发性能是当今研究领域的一大热点。并且由于水的比热容和热传导等因素，导致蒸发器的热损失严重。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高效光热转换的光热层及其制备方法、蒸发器，旨在解决现有光热层的光吸收能力较差，光热转换率较低的问题。
本发明的技术方案如下：
一种高效光热转换的光热层的制备方法，包括步骤：
将海藻酸钠、PVA、ZnO和水进行混合，得到悬浮液；
将光热材料与所述悬浮液进行混合，得到混合液；
将所述混合液涂覆于棉织物表面，得到光热预制层；
将所述光热预制层浸泡在金属盐溶液和酸溶液的混合溶液中，然后将经金属盐溶液和酸溶液的混合溶液浸泡的光热预制层转移至戊二醛溶液中进行二次浸泡，得到光热层。
所述的高效光热转换的光热层的制备方法，其中，所述悬浮液中，按质量百分比计，所述海藻酸钠占2-4wt%，所述PVA占3-5wt%，所述ZnO占2-5wt%，水余量。
所述的高效光热转换的光热层的制备方法，其中，所述金属盐溶液中的金属离子选自钙离子、铜离子中的一种或多种；所述酸溶液选自盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液中的一种。
所述的高效光热转换的光热层的制备方法，其中，将海藻酸钠、PVA、ZnO和水进行混合的步骤，包括：向水中加入海藻酸钠、PVA和ZnO，在90-100℃下加热搅拌3-4h。
所述的高效光热转换的光热层的制备方法，其中，所述光热材料为真黑色无双涂料。
所述的高效光热转换的光热层的制备方法，其中，所述光热材料与所述悬浮液的质量比为1:(9-11)。
所述的高效光热转换的光热层的制备方法，其中，所述戊二醛溶液的质量分数为45-55wt%，所述戊二醛溶液的溶剂为水。
一种高效光热转换的光热层，利用高效光热转换的光热层的制备方法制得。
一种蒸发器，包括拱形骨架、将所述拱形骨架进行包裹的棉织物、设于所述棉织物表面的光热层；所述光热层贴设于所述拱形骨架的拱面上。
一种蒸发器在太阳能海水淡化中的应用。
有益效果：本发明提供一种高效光热转换的光热层及其制备方法、蒸发器，所述制备方法包括步骤：将海藻酸钠、PVA、ZnO和水进行混合，得到悬浮液；将光热材料与所述悬浮液进行混合，得到混合液；将所述混合液涂覆于棉织物表面，得到光热预制层；将所述光热预制层浸泡在金属盐溶液和酸溶液的混合溶液中，然后将经金属盐溶液和酸溶液的混合溶液浸泡的光热预制层转移至戊二醛溶液中进行二次浸泡，得到光热层。本发明通过利用海藻酸纳与PVA形成的水凝胶，通过水凝胶的粘附性混入氧化锌和光热材料，然后涂覆于棉织物表面，通过金属离子和戊二醛将水凝胶进行交联，同时固定氧化锌和光热材料，再通过酸溶液进行浸泡将氧化锌刻蚀得到表面多孔的高效光吸收于热转换的光热层。并且，将所述光热层通过简易的材料构造成一个拱形结构的蒸发器用于太阳能海水淡化，由于所述光热层具有良好的亲水性和优异的光热转换能力，且构造的3D拱形结构具有良好的热管理能力，因此采用所述光热层造成的蒸发器能够实现高效太阳能海水淡化。
附图说明
图1为本发明一种高效光热转换的光热层制备方法的工艺流程图；
图2为本发明实施例1中高效光热转换的光热层制备方法工艺流程示意图；
图3为实施例1中PS-1、PS-2、PS-5和PSE-1、PSE-2、PSE-5的垂直传输甲基橙以及PS-0、PS-2和PSE-2的动态水接触角与亲水性数据图；
图4为实施例1中PS-0、PSM-2和PSME-2的紫外-可见-近红外吸收光谱图；
图5为实施例1在模拟光照（1000W·m-2）下PS-0、PSM-2、PSME-1、PSME-2和PSME-5水的质量变化和蒸发性能（纯水）数据图；
图6为实施例1中PSME-2模拟海水（3.5 wt.%）和经海水淡化后获得的冷凝水的离子浓度和盐度数据图；
图7为实施例1中PSME-2在模拟海水 (3.5 wt.%) 中长时间蒸发的蒸发速率及蒸发器表面实物图。
具体实施方式
本发明提供一种高效光热转换的光热层及其制备方法、蒸发器，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
如图1所示，本发明提供一种高效光热转换的光热层的制备方法，包括步骤：
步骤S10：将海藻酸钠、PVA、ZnO和水进行混合，得到悬浮液；
步骤S20：将光热材料与所述悬浮液进行混合，得到混合液；
步骤S30：将所述混合液涂覆于棉织物表面，得到光热预制层；
步骤S40：将所述光热预制层浸泡在金属盐溶液和酸溶液的混合溶液中，然后将经金属盐溶液和酸溶液的混合溶液浸泡的光热预制层转移至戊二醛溶液中进行二次浸泡，得到光热层。
本实施方式中，利用海藻酸纳（Sodium alginate，SA）与PVA（聚乙二醇）混合形成水凝胶，通过水凝胶的粘附性将氧化锌和光热材料混入，并形成混合液，然后涂覆于棉织物表面，得到光热预制层；然后通过将所述光热预制层浸泡在金属盐溶液和酸溶液的混合溶液中，利用金属离子作为海藻酸纳（SA）的交联剂，同时利用酸溶液浸泡光热预制层从而将部分氧化锌刻蚀，得到表面具有多孔结构的光热预制层；然后再将光热预制层转移至戊二醛溶液中，利用戊二醛（Glutaraldehyde，GA）作为PVA的交联剂，使得所述PVA发生交联，从而通过海藻酸纳和PVA的交联实现对氧化锌和光热材料的固定，采用该方法制得的光热层，由于所述光热材料具有高的光吸收能力，同时表面多孔结构的光热层进一步提高对光的吸收效率和增加光热层表面的透水和透气性；并且在光热材料与表面多孔结构的光热层的作用下，光热转换效率也得到的提高。经实验验证，采用该制备方法制得的光热层对光的吸收率可达90%以上。
在一些实施方式中，所述悬浮液中，按质量百分比计，所述海藻酸钠占2-4wt%，所述PVA占3-5wt%，所述ZnO占2-5wt%，水余量。按该质量百分比配制得到的悬浮液可以在SA、PVA发生交联时，更好地固定氧化锌和光热材料；并且按该质量百分比配制悬浮液，可以使得光热材料有效地溶解在悬浮液中。
在一种优选地实施方式中，所述悬浮液中，按质量百分比计，所述海藻酸钠占2wt%，所述PVA占4wt%，所述ZnO占2wt%，水余量。按该质量百分比配制悬浮液，可以使得制得的光热层具有光热层中的氧化锌增加亲水性；且该质量百分比的悬浮液后续与光热材料混合，发生交联后，所得到的光热层具有较高的光吸收率。
在一些实施方式中，所述金属盐溶液中的金属离子选自但不限于钙离子、铜离子中的一种或多种；所述酸溶液选自但不限于盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液中的一种。
具体地，所述盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液的溶剂均为水；所述硫酸溶液的溶质质量分数小于或等于70%；所述硝酸溶液的摩尔浓度小于6mol/L。
在一种优选地实施方式中，所述金属盐溶液为氯化钙；所述酸溶液为盐酸。
在一些实施方式中，所述步骤S10中，将海藻酸钠、PVA、ZnO和水进行混合的步骤，包括：向水中加入海藻酸钠、PVA和ZnO，在90-100℃下加热搅拌3-4h。在90-100℃下加热搅拌3-4h的条件下，对所述海藻酸钠、PVA、ZnO和水进行混合，得到较为均匀地悬浮液，有利于后续制备得到氧化锌和光热材料分布均匀的光热层，且利用盐酸刻蚀氧化锌时，可在光热层表面得到均匀分布的孔结构，有利于提高对光的吸收效率和光热转换效率，并且光热层表面的孔结构可以增加透水性和透气性。
在一种优选地实施方式中，在95℃下加热搅拌3h的条件下，制备含有2wt% SA，4wt% PVA和2wt% ZnO的悬浮液。在该条件下配置的悬浮液的分散性好，ZnO在所述悬浮液中的分布较为均匀。
在一些实施方式中，所述光热材料为真黑色无双涂料（Shin Black Musou，MB）。采用真黑色无双涂料作为光热材料，可以提高对光的吸收效率；结合表面具有多孔结构的光热层，可以使得光热层的光吸收效率达到90%以上。
具体地，所述真黑色无双涂料是一种水性丙烯酸涂料，其成分为合成树脂，将其作为制备光热层的光热材料，可以有效地提高对光的吸收效率，进而提高光热转换率。
本实施方式中，所述真黑色无双涂料购买自淘宝店无锡光烨电子有限公司。
在一些实施方式中，所述光热材料与所述悬浮液的质量比为1:(9-11)。按该质量比将光热材料与悬浮液进行混合，可以使得悬浮液中含有适量的光热材料，且分散均匀；再将其涂覆在棉织物表面，经过交联、刻蚀后，可以获得光热材料分布均匀的光热层，分布均匀的光热材料可以有效提高光热层对光的吸收效率。
在一些实施方式中，所述戊二醛溶液的质量分数为45-55wt%，所述戊二醛溶液的溶剂为水。所述戊二醛用于作为PVA的交联剂，使得PVA发生交联反应。
在一些实施方式中，所述步骤S30中，进行二次浸泡后，还包括步骤：对二次浸泡后的光热预制层进行清洗处理，所述清洗处理采用去离子水。
除此之外，本发明还提供一种高效光热转换的光热层，利用高效光热转换的光热层的制备方法制得。
本实施方式中，利用所述制备方法制得的光热层表面具有孔结构，并结合光热材料对光的吸收作用，使得所述光热层具有高效的光吸收且用于热转换中，不仅具有高的光吸收效率，还具备高的光热转换率。
除此之外，本发明还提供一种蒸发器，包括拱形骨架、将所述拱形骨架进行包裹的棉织物、以及设于所述棉织物表面的光热层；所述光热层贴设于所述拱形骨架的拱面上。
本实施方式中，在所述拱形骨架的表面包裹棉织物，确保水的运输，然后再将所述光热层放置在所述拱形骨架的拱面上，由于所述光热层具有良好的亲水性和优异的光热转换能力，且构造的3D拱形结构具有良好的热管理能力，在太阳照射下可以获得高效的蒸发性能；即采用所述光热层制得的蒸发器可以最大限度减少热损失，提高蒸发器的能力利用率。因此，所述蒸发器能够实现高效太阳能海水淡化。
除此之外，本发明还提供一种蒸发器在太阳能海水淡化中的应用。
在一些实施方式中，所述蒸发器用于太阳能海水淡化。将所述蒸发器用于太阳能海水淡化时，其蒸发速率可以达到1.49kg/m2·h。
下面进一步举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例制备一种高效光热转换的光热层和蒸发器，如图2所示，具体包括步骤：
1、在95℃下加热搅拌3h，制备含有2wt.% SA，4wt.% PVA和（0wt.%、1wt.%、2wt.%和5wt.% ）ZnO的悬浮液；
2、分别将10g不同ZnO含量的悬浮液与（0g，1g ）MB混合均匀后，用刷子均匀涂抹于棉布表面后作为样品；然后将样品先置于CaCl2/HCl溶液中浸泡10 h，再将样品转移到50wt.% GA溶液中浸泡24 h，使用去离子水清洗，得到光热层；其中，（1wt.%、2wt.%、5wt.%）ZnO与0g MB的样品分别命名为PSE-1，PSE-2，PSE-5；（1wt.%、2wt.%、5wt.%）ZnO与1g MB的样品分别命名为PSME-1，PSME-2，PSME-5；
另外制备一批置于CaCl2溶液浸泡10h，50 wt.% GA溶液中浸泡24 h的样品，其中（0wt.%、1wt.%、2wt.%和5wt.%）ZnO与0g MB的样品分别命名为PS-0，PS-1，PS-2，PS-5；2wt.%ZnO与1g MB的样品命名为PSM-2；
3、从废弃塑料瓶上剪下一个直径10cm，宽度5cm的拱形塑料片用作拱形骨架，将棉布包裹在拱形骨架上确保水的运输，然后将制备好的光热层放置在拱形骨架上，得到蒸发器。
具体地，为了更直观地理解各个命名的区别，光热层部分样品对应的配方如下表所示：
为了证明刻蚀ZnO对水运输的促进作用并且探究ZnO的含量对水运输的影响，测试了PS-1，PSE-1，PS-2，PSE-2，PS-5，PSE-5对甲基橙的吸收高度，其结果如图3所示，可以看出，PSE-1，PSE-2，PSE-5的甲基橙垂直运输高度要高于PS-1，PS-2，PS-5，且PSE-2，PSE-5的甲基橙运输高度要高于PSE-1。另外，还对PS-0，PS-2，PSE-2的表面润湿性进行了测试。PSE-2的水接触角从29°到0°用时79s。对比PS-0的润湿性，PS-2和PSE-2的润湿性均有所提高。这是因为水凝胶表面致密，水向下渗透速度慢，PS-2通过添加ZnO增加表面粗糙度，并且由于ZnO的亲水性，增强了表面润湿性。PSE-2通过将ZnO刻蚀制造微观孔隙，促进了水的渗透，提高了样品表面的润湿性。从以上结果可知，PSE-2在刻蚀ZnO的作用下，拥有出色的水传输能力，亲水性是提高蒸发器蒸发性能的基础。
对光的吸收是蒸发器光热转换能力的关键所在。如图4所示，添加了MB的蒸发器在300nm-2500nm波长范围内的吸光度在90%以上，表明样品是高效的宽谱太阳能吸收器，而未添加MB的PS-0吸光度相对较低。并且酸刻蚀ZnO后不影响样品的光吸收，PSME-2的吸光度度仍在90%以上。
测试光热层的紫外可见近红外光吸收率以及蒸发器对水太阳能蒸发。
光吸收率由公式（R代表光热层的光反射率，T代表光热层的光透过率）给出。
以氙灯为模拟太阳光照，光强为1 kW/m2。蒸发速率由公式 （Δm (kg) 代表蒸发系统的质量变化，t (h)代表蒸发时间，S (m2) 为蒸发器的有效蒸发面积）得出。
如图5所示，在模拟太阳光（1000 W·m-2 ）下记录了 PS-0、PSM-2、PSME-1、PSME-2和PSME-5在纯水中的质量变化。从数据结果可以发现，当光照时长1 h，PS-0、PSM-2、PSME-1、PSME-2和PSME-5的质量变化分别为0.26 kg·m-2、1.31 kg·m-2、1.38 kg·m-2、1.49kg·m-2、1.45 kg·m-2。并且计算蒸发器的蒸发速率和蒸发效率，进一步分析蒸发器的蒸发性能。PS-0、PSM-2、PSME-1、PSME-2和PSME-5的蒸发速率分别为0.26 kg·m-2·h-1、1.31kg·m-2·h-1、1.38 kg·m-2·h-1、1.49 kg·m-2·h-1、1.45 kg·m-2·h-1，PSME-2的蒸发速率是未添加光热材料的PS-0的5.7倍。还可以发现，刻蚀ZnO后的样品的蒸发速率比未刻蚀的样品快。
PSM-2、PSME-1、PSME-2和PSME-5的太阳能蒸发效率分别为77.8%、82.6%、90.2%和87.4%。由于ZnO刻蚀增强了光热层的水润湿性和孔隙率，蒸发器能够更好的进行水传输和蒸汽逸散，并且还得益于蒸发器3D结构的优异热管理能力，蒸发器拥有良好的光热转换能力并有效的水蒸发，这为后续的海水淡化研究奠定基础。
为探究蒸发器的脱盐性能，用3.5 wt.%的模拟海水对PSME-2进行脱盐实验。通过ICP-OES对蒸发器蒸发得到的冷凝水和模拟海水进行离子浓度测试，结果如图6所示，Na+、Mg2+、Ca2+、K+四种离子的浓度分别由模拟海水中11000、1500、800 和 500 mg/L下降到5.886、0.568、0.03、0.249 mg/L，对各种盐离子的截留率都能达到99.99%。且脱盐后，冷凝水的盐度显著下降，比世界卫生组织（1‰）和美国环境保护署（0.5‰）定义的饮用水标准低约2个数量级，证明蒸发器的脱盐性能优异。
基于PSME-2膜优异的太阳光热性能将其应用于太阳能海水淡化，探究其长期运行稳定性。将由PSME-2作为光热层构造的3D蒸发器置于模拟海水（3.5 wt.%）中，在1 sun照射下，进行每天8 h的光照蒸发，连续进行三天，同时记录蒸发器质量变化并且观察表面盐结晶情况。蒸发器的水蒸发速率如图7所示，蒸发器在蒸发阶段的蒸发速率保持在1.35 kg·m-2·h-1以上。蒸发器在蒸发进行6 h时，蒸发器顶部出现少量盐结晶，蒸发速率稍有降低，但仍保持较高的蒸发速率。并且蒸发器表面的盐结晶在经过夜晚的水回留，重新溶解在水中。在整个蒸发过程中，虽然蒸发器表面稍有盐结晶出现，但蒸发速率都能保持在1.35kg·m-2·h-1以上，并且出现的盐结晶会重新溶解于水中，不影响后续蒸发。综上所述，PSME-2蒸发器具有长期稳定的高效蒸发性能。
综上所述，本发明提供的一种高效光热转换的光热层及其制备方法、蒸发器，所述制备方法包括步骤：将海藻酸钠、PVA、ZnO和水进行混合，得到悬浮液；将光热材料与所述悬浮液进行混合，得到混合液；将所述混合液涂覆于棉织物表面，得到光热预制层；将所述光热预制层浸泡在金属盐溶液和酸溶液的混合溶液中，然后将经金属盐溶液和酸溶液的混合溶液浸泡的光热预制层转移至戊二醛溶液中进行二次浸泡，得到光热层。本发明通过利用海藻酸纳与PVA形成的水凝胶，通过水凝胶的粘附性混入氧化锌和光热材料，然后涂覆于棉织物表面，通过金属离子和戊二醛将水凝胶进行交联，同时固定氧化锌和光热材料，再通过酸溶液进行浸泡将氧化锌刻蚀得到表面多孔的高效光吸收于热转换的光热层。并且，将所述光热层通过简易的材料构造成一个拱形结构的蒸发器用于太阳能海水淡化，由于所述光热层具有良好的亲水性和优异的光热转换能力，且构造的3D拱形结构具有良好的热管理能力，因此采用所述光热层造成的蒸发器能够实现高效太阳能海水淡化。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高效光热转换的光热层的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将海藻酸钠、PVA、ZnO和水进行混合，得到悬浮液；
将光热材料与所述悬浮液进行混合，得到混合液；
将所述混合液涂覆于棉织物表面，得到光热预制层；
将所述光热预制层浸泡在金属盐溶液和酸溶液的混合溶液中，然后将经金属盐溶液和酸溶液的混合溶液浸泡的光热预制层转移至戊二醛溶液中进行二次浸泡，得到光热层。
2.根据权利要求1所述的高效光热转换的光热层的制备方法，其特征在于，所述悬浮液中，按质量百分比计，所述海藻酸钠占2-4wt%，所述PVA占3-5wt%，所述ZnO占2-5wt%，水余量。
3.根据权利要求1所述的高效光热转换的光热层的制备方法，其特征在于，所述金属盐溶液中的金属离子选自钙离子、铜离子中的一种或多种；所述酸溶液选自盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液中的一种。
4.根据权利要求1所述的高效光热转换的光热层的制备方法，其特征在于，将海藻酸钠、PVA、ZnO和水进行混合的步骤，包括：向水中加入海藻酸钠、PVA和ZnO，在90-100℃下加热搅拌3-4h。
5.根据权利要求1所述的高效光热转换的光热层的制备方法，其特征在于，所述光热材料为真黑色无双涂料。
6.根据权利要求1所述的高效光热转换的光热层的制备方法，其特征在于，所述光热材料与所述悬浮液的质量比为1:(9-11)。
7.根据权利要求1所述的高效光热转换的光热层的制备方法，其特征在于，所述戊二醛溶液的质量分数为45-55wt%，所述戊二醛溶液的溶剂为水。
8.一种高效光热转换的光热层，其特征在于，利用如权利要求1-7任一项所述的高效光热转换的光热层的制备方法制得。
9.一种蒸发器，其特征在于，包括拱形骨架、将所述拱形骨架进行包裹的棉织物、设于所述棉织物表面的如权利要求8所述的光热层；所述光热层贴设于所述拱形骨架的拱面上。
10.一种权利要求9所述的蒸发器在太阳能海水淡化中的应用。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115287894A (zh) * 2022-08-12 2022-11-04 上海师范大学 一种辐照改性碳基光热凝胶布的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109206553A (zh) * 2018-08-28 2019-01-15 深圳大学 一种太阳能光热转换材料及其制备方法
CN111170392A (zh) * 2018-11-12 2020-05-19 浙江师范大学 一种水凝胶蒸发膜及其制备方法及应用
CN111282456A (zh) * 2020-03-13 2020-06-16 深圳大学 一种高效截留重金属的正渗透膜及其制备方法、应用
CN114230849A (zh) * 2020-09-09 2022-03-25 石河子大学 一种具有高效光热转换的多孔气凝胶制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109206553A (zh) * 2018-08-28 2019-01-15 深圳大学 一种太阳能光热转换材料及其制备方法
CN111170392A (zh) * 2018-11-12 2020-05-19 浙江师范大学 一种水凝胶蒸发膜及其制备方法及应用
CN111282456A (zh) * 2020-03-13 2020-06-16 深圳大学 一种高效截留重金属的正渗透膜及其制备方法、应用
CN114230849A (zh) * 2020-09-09 2022-03-25 石河子大学 一种具有高效光热转换的多孔气凝胶制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115287894A (zh) * 2022-08-12 2022-11-04 上海师范大学 一种辐照改性碳基光热凝胶布的制备方法
CN115287894B (zh) * 2022-08-12 2024-02-27 上海师范大学 一种辐照改性碳基光热凝胶布的制备方法

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