[發(fā)明專利]石墨烯太陽能水清潔泡沫及其制備方法和用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711106827.0
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN108002366B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曲良體;程虎虎;張盼盼
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C02F1/14
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙天月

本發(fā)明公開了石墨烯太陽能水清潔泡沫及其制備方法和用途。該制備石墨烯太陽能水清潔泡沫的方法包括：(1)將石墨粉進(jìn)行氧化剝離處理，以便得到氧化石墨烯水溶液；(2)將所述氧化石墨烯水溶液與低凝固點(diǎn)溶劑混合，以便得到混合溶液；(3)將所述混合溶液進(jìn)行冷凍干燥處理，以便得到大規(guī)模氧化石墨烯泡沫；以及(4)將所述氧化石墨烯泡沫進(jìn)行還原處理，以便得到所述石墨烯太陽能水清潔泡沫。該石墨烯太陽能水清潔泡沫的制備方法簡單，該石墨烯太陽能水清潔泡沫可以利用太陽光輻射將污水中的水分蒸發(fā)，制備得到的水符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)，其中離子去除率不低于99.5％、細(xì)菌去除率不低于99.9％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功能材料領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及石墨烯太陽能水清潔泡沫及其制備方法和用途。

背景技術(shù)

太陽能作為清潔能源在作物生長、能量轉(zhuǎn)化以及人類生產(chǎn)生活中發(fā)揮著不可替代的作用，對太陽能的利用具有重大的社會經(jīng)濟(jì)價(jià)值。特別是利用太陽能在材料上轉(zhuǎn)化為熱量，能夠極大的加速水分的蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)從海水等水體中獲得淡水資源。目前此類材料有，金屬復(fù)合膜、高分子復(fù)合膜、以及多種不同材料的組合材料等。而這些材料體積密度大，使得其單位質(zhì)量材料的水清潔能力不足，并且在一些特殊環(huán)境(例如酸性、堿性、有機(jī)物、重金屬污水等)中容易收到破壞。

石墨烯是一種單原子厚度二維平面結(jié)構(gòu)材料，其具有高的比表面積、優(yōu)異的電導(dǎo)率、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)以及良好的光熱作用，被廣泛應(yīng)用在能源存儲與轉(zhuǎn)化、傳感器件等，表現(xiàn)出了巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。

然而，石墨烯在污水凈化處理方面的應(yīng)用仍有待進(jìn)一步研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出石墨烯太陽能水清潔泡沫及其制備方法和用途。該石墨烯太陽能水清潔泡沫的制備方法簡單，該石墨烯太陽能水清潔泡沫可以利用太陽光輻射將污水中的水分蒸發(fā)，制備得到的水符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)，其中離子去除率不低于99.5％、細(xì)菌去除率不低于99.9％。

在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提出了一種制備石墨烯太陽能水清潔泡沫的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：(1)將石墨粉進(jìn)行氧化剝離處理，以便得到氧化石墨烯水溶液；(2)將所述氧化石墨烯水溶液與低凝固點(diǎn)溶劑混合，以便得到混合溶液；(3)將所述混合溶液進(jìn)行冷凍干燥處理，以便得到氧化石墨烯泡沫；以及(4)將所述氧化石墨烯泡沫進(jìn)行還原處理，以便得到所述石墨烯太陽能水清潔泡沫。

由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備石墨烯太陽能水清潔泡沫的方法制備得到的石墨烯太陽能水清潔泡沫，在全波段太陽光譜(250–2500nm)的吸收率不低于99％，具有更高的光熱轉(zhuǎn)化效率和更低的熱導(dǎo)率，能夠更好地將太陽光輻射能轉(zhuǎn)化為熱量，進(jìn)而將該石墨烯太陽能水清潔泡沫應(yīng)用在污水凈化處理中，制備得到的水能夠達(dá)到世界衛(wèi)生組織和美國環(huán)境保護(hù)署規(guī)定的飲用水標(biāo)準(zhǔn)，其中離子去除率不低于99.5％，細(xì)菌去除率不低于99.9％。同時(shí)，該制備石墨烯太陽能水清潔泡沫的方法簡單易行，合成技術(shù)成熟，可大批量生產(chǎn)。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的制備石墨烯太陽能水清潔泡沫的方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟(1)中，所述石墨粉的粒徑為800～12000目，所述氧化石墨烯水溶液的濃度為2～20mg·mL^-1。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟(2)中，所述低凝固點(diǎn)溶劑為選自甲醇、乙醇、丙醇和丙酮中的至少之一。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟(2)中，所述低凝固點(diǎn)溶劑與所述氧化石墨烯水溶液的體積比為1:(50～200)。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟(3)中，所述冷凍干燥處理進(jìn)一步包括：將所述混合溶液冷凍成塊后，置于冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥12～72h。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟(4)中，所述還原處理可以采用高溫加熱還原法、激光照射還原法或還原性試劑熏蒸還原法。