[發(fā)明專利]一種光-熱-蒸汽轉(zhuǎn)化材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810127921.2
• 申請(qǐng)日: 2018-02-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108408813B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高進(jìn)偉;藍(lán)海航;高修俊;李松茹;史碧波;冼志科;魏巍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/14
• 分類號(hào): C02F1/14;C02F103/08
• 代理公司: 廣州知友專利商標(biāo)代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國(guó)華

一種光?熱?蒸汽轉(zhuǎn)化材料及其制備方法，包括以下步驟：吸水材料的選擇：選擇多孔、高吸水、質(zhì)輕的襯底材料，對(duì)襯底材料進(jìn)行清洗，清洗后備用；碳黑光熱轉(zhuǎn)化涂層的碳黑的制備：燃燒高碳有機(jī)物，取耐火材料將其水平放置在高碳有機(jī)物的上方，收集燃燒生成的碳黑顆粒，收集完成后將耐火材料冷卻；碳黑顆粒的轉(zhuǎn)移：擦拭耐火材料具有碳黑涂層表面，轉(zhuǎn)移到吸水材料表面，碳黑使吸水材料的表面完全被碳黑顆粒覆蓋為止。本發(fā)明制成的海水淡化或其他廢水淡化簡(jiǎn)易系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，材料廉價(jià)易取，不需要消耗任何電能，且其穩(wěn)定性十分良好，適合大面積低成本制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海水淡化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于海水淡化的一種光-熱-蒸汽轉(zhuǎn)化材料及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)隨著社會(huì)人口的增長(zhǎng)，人均淡水資源占有量大幅度下降，如何獲取大量的淡水逐漸成為一個(gè)亟待解決的熱點(diǎn)問(wèn)題。然而，在當(dāng)前的工業(yè)應(yīng)用中，通過(guò)燃煤等方式產(chǎn)熱加熱裝有海水的蒸汽機(jī)產(chǎn)生水蒸氣的方法顯得不太實(shí)際，因?yàn)槊禾康娜紵a(chǎn)生的空氣污染以及能源消耗量與當(dāng)下日趨節(jié)能環(huán)保的工業(yè)發(fā)展模式相背離。

而太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)水蒸發(fā)的方法無(wú)疑為解決這個(gè)問(wèn)題提供了一個(gè)有發(fā)展前途的關(guān)鍵點(diǎn)。在地球上有97％以上的水資源是海水，如果能夠通過(guò)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)水蒸發(fā)將這些水資源加以利用，通過(guò)太陽(yáng)能將淡水與鹽分離，這無(wú)疑能夠從根本上解決淡水短缺的問(wèn)題。尤其是在當(dāng)今的世界正面臨著能源，環(huán)境，淡水的三重困境的當(dāng)下，利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)水蒸發(fā)是一個(gè)完全符合時(shí)代需求的重要方向。

通過(guò)使用太陽(yáng)能進(jìn)行海水蒸發(fā)制備淡水的裝置在很早就已經(jīng)被提出，最原始海水淡化裝置需要配備反射鏡以及蒸發(fā)塔。反射鏡以一定的角度將太陽(yáng)光進(jìn)行收集并反射到裝有海水的蒸汽塔中，海水受熱產(chǎn)生水蒸氣，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步冷凝后形成淡水。但是，這一類的舊式裝置由于需要大量的反射鏡來(lái)收集陽(yáng)光，不僅需要耗費(fèi)大量成本購(gòu)置鏡面，而且需要很大的空間放置該裝置。而且需要指出的是，這類裝置的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率極其低下，最主要的原因是鏡面收集的陽(yáng)光投射到蒸汽塔的外部轉(zhuǎn)化成熱能時(shí)導(dǎo)致了大量的熱量損耗。雖然這類裝置的實(shí)用性較低，但是這些最原始的裝置為我們提供了一個(gè)使用太陽(yáng)能制備淡水的全新的方向。

要解決淡水短缺的問(wèn)題，既然舊式的太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)化裝置的轉(zhuǎn)化效率以及龐大的裝置費(fèi)用明顯不符合需求，那么精簡(jiǎn)其水蒸發(fā)的構(gòu)架和尋找高效的涂層材料顯得越來(lái)越重要。

隨著時(shí)間的推移，初始的集熱裝置進(jìn)行了一系列的改進(jìn)和發(fā)展，如將集熱裝置改進(jìn)為真空管，或通過(guò)添加有色的鍍層材料在真空管的表面來(lái)增強(qiáng)太陽(yáng)能的吸收率，其表面鍍層材料的發(fā)展也經(jīng)歷了從非選擇性的黑漆到有選擇性的金屬氧化物涂料的歷程。

如何進(jìn)一步提高太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)化的效率，重點(diǎn)在于怎么保持最大限度地收集太陽(yáng)能的同時(shí)盡可能地減少其對(duì)流和輻射帶來(lái)的熱量損失。而近年來(lái)科學(xué)家設(shè)想將等離子體材料運(yùn)用于高效驅(qū)動(dòng)水蒸發(fā)的裝置中，通過(guò)等離子體材料的等離子振蕩效應(yīng)，將投射到該涂層上的太陽(yáng)能輻射最大限度地采集和吸收，并轉(zhuǎn)化成為熱能傳遞到海水中進(jìn)而形成水蒸氣。這類新型的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的水蒸氣產(chǎn)生系統(tǒng)被稱為Plasmonic solar-driven steamgeneration system(簡(jiǎn)稱PSSG系統(tǒng))，PSSG系統(tǒng)僅在少量的光照下就能快速的進(jìn)行水蒸發(fā)，而水蒸氣脫離液相后經(jīng)收集即可得到純凈的蒸餾水，能夠有效地將鹽分和水分分離開(kāi)來(lái)。該新型系統(tǒng)將舊式的集熱裝置以及導(dǎo)熱蒸發(fā)裝置進(jìn)行了集合，減少了熱量的損失，基于該系統(tǒng)的研究目前已經(jīng)取得了部分成效。

目前的PSSG系統(tǒng)可分為兩類，一類是懸浮系統(tǒng)(suspending solar-driven steamgeneration system)，即是將等離子材料顆粒如金，銀的小顆粒直接均勻地分布在水中；另外一類是飄浮系統(tǒng)(floating solar-driven steam generation system)即等離子材料分布在液相和氣相的界面上。