[發明專利]一種碳基光熱轉化薄膜及其制備方法和應用及一種光熱轉化裝置

有效

• 申請號: 201710450953.1
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN107118395B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 王賢保;侯保飛;朱祥;崔振起;劉行航;王建穎;梅濤;李金華
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: C08L1/02
• 分類號: C08L1/02;C08L1/12;C08L79/02;C08K7/24;F24S80/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發明提供了一種碳基光熱轉化薄膜及其制備方法和應用及一種光熱轉化裝置。本發明通過微波處理制備膨脹炭黑，提高膨脹炭黑的光熱轉化性能，再使用交聯劑使膨脹炭黑表面的羧基基團和混合纖維素表面的氨基基團發生交聯反應，生成酰胺鍵，使膨脹炭黑和混合纖維素濾膜實現化學鍵連接，從而提高碳基光熱轉化薄膜的機械穩定性，實現可重復使用。將本發明的碳基光熱轉化薄膜組裝成光熱轉化裝置，所得光熱轉化裝置1kW/m²的光照條件下，光熱轉化效率能夠達到85％，且14次重復試驗后仍能保持穩定的光熱性能。

技術領域

本發明涉及復合材料的技術領域，特別涉及一種碳基光熱轉化薄膜及其制備方法和應用及一種光熱轉化裝置。

背景技術

現代社會，由于能源危機和環境污染問題的日益加重，太陽能作為一種可再生的清潔能源越來越多的受到了社會的關注。納米粒子的表面等離子體共振效應可以產生局部熱，局部熱的產生能夠促進太陽能高效轉化為蒸汽能，這與傳統的通過加熱整體液體來產生蒸汽有很大的不同，局部熱能的產生能夠減少熱量損失，實現高效率的太陽能與蒸汽能的轉化。此技術擁有廣闊的應用前景，例如：海水淡化，誘導發電，液體分餾，醫療器械消毒等等。

目前，主要的光熱蒸汽轉化材料主要有金，銀等貴金屬納米流體以及這些物質所組裝的宏觀材料，但這些材料具有價格昂貴、容易團聚、材料組裝工藝復雜等缺點，限制了它們的實際應用。

除貴金屬外，硫化銅、碳納米管、炭黑等無機納米材料也具有優良的光熱轉化性能，但這些材料大多數都作為分散液應用于光熱轉化裝置，這種裝置中溶液下部產生的熱蒸汽氣泡需要穿過整個溶液才能逃逸出去，造成大部分不必要的熱量損失。此外，也有一些由無機納米粒子組裝為宏觀體的報道，但這些宏觀體僅僅依靠物理吸附連接，并不具有好的重復使用性。

發明內容

有鑒于此，本發明目的在于提供一種碳基光熱轉化薄膜及其制備方法和應用及一種光熱轉化裝置，本發明提供的碳基光熱轉化薄膜光熱轉化效率高、機械穩定性好、可重復使用。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種碳基光熱轉化薄膜的制備方法，包括以下步驟：

將炭黑和乙酸亞鐵混合后在密閉條件下進行微波處理，得到膨脹炭黑；

將膨脹炭黑和交聯劑分散于水中，得到膨脹炭黑分散液；

使用混合纖維素濾膜濾除所述膨脹炭黑分散液中的水分，膨脹炭黑和混合纖維素發生交聯反應，得到碳基光熱轉化薄膜；所述混合纖維素濾膜表面帶有氨基。

優選的，所述炭黑和乙酸亞鐵的質量比為1:1～3。

優選的，所述微波處理的功率為800～1000W；

所述微波處理的溫度為260～300℃；

所述微波處理的時間為10～20s。

優選的，所述交聯劑為聚乙烯亞胺、聚乙烯胺和聚丙烯酰胺中的一種或幾種的混合物。

優選的，所述膨脹炭黑和交聯劑的質量比為1:20～40。

優選的，所述膨脹炭黑的質量和混合纖維素濾膜的面積比為(10～30)mg：(10～20)cm²。

本發明提供了上述方案任意一項所述制備方法制備的碳基光熱轉化薄膜。

本發明提供了上述方案所述的碳基光熱轉化薄膜在太陽能光熱轉化裝置中的應用。

本發明提供了一種光熱轉化裝置，包括支撐材料、將支撐材料完全包裹的吸水材料和置于吸水材料表面的如上述方案所述的碳基光熱轉化薄膜。

優選的，所述吸水材料為無塵紙；