[發(fā)明專利]碳膜及其在光熱轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810202026.2
• 申請日: 2018-03-12
• 公開（公告）號: CN110260541A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張兵;陳亞西;于一夫;黃義;史艷梅
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: F24S70/10
• 分類號: F24S70/10
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發(fā)明公開碳膜及其在光熱轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用，將紙?jiān)诙栊员Ｗo(hù)氣氛中進(jìn)行升溫碳化，以得到碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜。通過EDS判斷經(jīng)過碳化后薄膜的全部成分為碳元素，碳化后紙由吸水性，轉(zhuǎn)變?yōu)槊黠@疏水性，且作為碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜時，表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光熱轉(zhuǎn)換材料技術(shù)領(lǐng)域，更加具體地說，是關(guān)于碳膜及其在光熱轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

在自然界中，水蒸發(fā)是地球水循環(huán)的重要組成部分。太陽的輻射是水轉(zhuǎn)化為水蒸氣重要推動力。因?yàn)樗D(zhuǎn)化為水蒸氣是一個吸熱的過程，太陽能正是水汽轉(zhuǎn)化的熱量源泉。在自然界中，太陽光照射到山河湖泊的表面，直接對水體進(jìn)行加熱，加快水分子的運(yùn)動增加水分子從液氣表面溢出的速度，從而形成光致水蒸發(fā)的過程。這種過程被人類發(fā)現(xiàn)并利用，在人類進(jìn)化的過程中利用太陽能蒸餾獲取可飲用淡水維持生命。隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，我們面臨著越來越嚴(yán)重的水污染問題。利用太陽能高效處理海水和工業(yè)廢水產(chǎn)生清潔水是解決水資源短缺問題的一條很有前途的途徑。然而，自然的水蒸發(fā)并不能滿足特定環(huán)境的太陽能蒸餾獲取淡水的需求。蒸發(fā)其實(shí)是發(fā)生在液氣表面的一個過程。自然界中太陽對水進(jìn)行加溫蒸發(fā)，是對水的整體進(jìn)行加熱，如果能夠局部提高太陽光對液氣表面水層的加溫，將更有利于加快水轉(zhuǎn)化為水蒸氣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種一步法進(jìn)行制備，將纖維素薄膜直接碳化形成一體性的碳膜材料，構(gòu)建碳基光熱轉(zhuǎn)換體系，實(shí)現(xiàn)將光熱材料整體化，一步化生產(chǎn)碳基光熱轉(zhuǎn)換體系的方法，充分利用現(xiàn)有的紙張進(jìn)行深度加工和開發(fā)。

本發(fā)明的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜的制備裝置設(shè)備，包括內(nèi)管和外管，在內(nèi)管外表面和外管內(nèi)表面之間設(shè)置支撐部件，以使內(nèi)管和外管同軸設(shè)置形成套筒結(jié)構(gòu)，紙巾設(shè)置在內(nèi)管的外表面上，即上述制備裝置設(shè)備在碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜的制備中的應(yīng)用。

進(jìn)一步說，支撐部件設(shè)置在內(nèi)管的兩端，紙巾設(shè)置在兩端支撐部件之間的內(nèi)管外表面上。

進(jìn)一步說，支撐部件沿著圓周方向均勻分布，優(yōu)選2—6個。

進(jìn)一步說，支撐部件為金屬支架，外管和內(nèi)管選擇石英管。

一種碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜及其制備方法，將紙巾置于惰性保護(hù)氣體中進(jìn)行碳化，自室溫20—25攝氏度以每分鐘1-5攝氏度的速度升溫至400—450攝氏度并保溫1—5h，再以每分鐘1-5攝氏度的速度升溫至800—850攝氏度并保溫1—5h，經(jīng)碳化后隨爐冷卻至室溫20—25攝氏度。

優(yōu)選的，自室溫20—25攝氏度以每分鐘1-3攝氏度的速度升溫至400—430攝氏度并保溫1—2h，再以每分鐘1-3攝氏度的速度升溫至800—820攝氏度并保溫1—2h，經(jīng)碳化后隨爐冷卻至室溫20—25攝氏度。

具體來說，使用碳基光熱轉(zhuǎn)化薄膜的制備裝置設(shè)備，鑒于內(nèi)管和外管形成套管結(jié)構(gòu)，采用連續(xù)通入惰性保護(hù)氣體的方式以使紙巾始終完全浸入惰性保護(hù)氣體氛圍中進(jìn)行碳化。具體到實(shí)驗(yàn)中，取長度30厘米直徑3厘米的石英管，將五月花手帕紙繞在石英管(即內(nèi)管)上，將石英管的兩端用金屬支架支撐起來，再將這個整體放入到管式爐中(管式爐內(nèi)徑5.4cm)，管式爐的石英管(即外管)與繞有手帕紙的石英管(即內(nèi)管)要構(gòu)成管中心在一條線的雙層管結(jié)構(gòu)(即同軸套管結(jié)構(gòu))，再將管式爐密封，并且通入惰性保護(hù)氣體排出空氣和氧氣后，升溫進(jìn)行碳化。

碳膜在光熱轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用，更加能夠促進(jìn)水的蒸發(fā)。

在一倍太陽光照強(qiáng)度時一小時的時候的水的蒸發(fā)速率達(dá)到1.01千克每平方米每小時，二倍時是2.33，三倍時是4.45；在一倍太陽光照強(qiáng)度時一小時的水的蒸發(fā)量達(dá)到0.82千克每平方米，二倍時是1.83，三倍時是3.54。