[發(fā)明專利]用于太陽能水蒸氣蒸發(fā)的二維導電高分子太陽光吸收體的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810242719.4
• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN108679865B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐航勛;王緒
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學技術(shù)大學
• 主分類號: F24S70/10
• 分類號: F24S70/10;C08G73/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳勝周

本發(fā)明提供一種用于太陽能水蒸氣蒸發(fā)的二維導電高分子太陽光吸收體的制備方法，所述方法包括：在多孔片狀載體上，在氧化劑和溶劑的存在下或者在氧化劑與溶劑形成的溶液存在下，在?5℃至5℃的溫度下使吡咯發(fā)生聚合反應，然后干燥，由此形成所需的二維導電高分子太陽光吸收體。根據(jù)本發(fā)明的方法制備的二維導電高分子太陽光吸收體，尤其是多層二維導電高分子太陽光吸收體，具有良好的太陽光捕捉能力、卓越的水蒸氣蒸發(fā)能力以及優(yōu)秀的穩(wěn)定性和柔韌性。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法制備的二維導電高分子太陽光吸收體在海水淡化及污水處理方面具有突出的工業(yè)化前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能水蒸氣蒸發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明提供一種用于高效太陽能水蒸氣蒸發(fā)的二維導電高分子太陽光吸收體的制備方法。

背景技術(shù)

水是生命之源，是一切生命體賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。雖然地表面積的71％都被水覆蓋，但這些主要都是鹽水，淡水含量只占到2.5％。而這些淡水主要都以冰川和地下水的形式出現(xiàn)，所有的湖泊，河流和沼澤地加起來只占地球總淡水儲量的0.3％。而我國更是一個嚴重缺水的國家。我國的淡水資源總量為28000億立方米，占全球水資源的6％，名列世界第四位。但是，我國的人均水資源量只有2300立方米，僅為世界平均水平的1/4，是全球人均水資源最貧乏的國家之一。除了固有的水資源儲量不足外，隨著人口不斷增長和經(jīng)濟快速發(fā)展所帶來的嚴重的水資源污染也加劇了我國的水資源匱乏。我國淺層地下水資源污染比較普遍，大約有50％的地區(qū)遭到一定程度的污染，約一半城市市區(qū)的地下水污染比較嚴重。在我國面臨如此嚴峻的水資源危機的今天，如何快速有效的進行海水淡化以及污水處理是目前亟需解決的問題。

另一方面，太陽能作為新型清潔能源而引起越來越多的關(guān)注。相比于傳統(tǒng)的化石能源，因其具有儲備量大，無污染等優(yōu)點，而被廣泛應用于太陽能發(fā)電，太陽能熱水器以及太陽能海水淡化。傳統(tǒng)的太陽能海水淡化是通過直接加熱大塊水體來驅(qū)動海水發(fā)生相變過程，即產(chǎn)生蒸發(fā)與冷凝。然而該過程不僅存在著大量的能量損失，而且加熱未參與相變的海水也導致了能量浪費，導致這種太陽能海水淡化的蒸發(fā)效率一直都偏低，遠遠不能滿足人們的需求。為了減少能量損失并提高蒸發(fā)效率，人們開始對界面太陽能水蒸氣蒸發(fā)進行探索。界面太陽能水蒸氣蒸發(fā)通過漂浮在水面上的，能夠有效實現(xiàn)局部的太陽光捕捉。這使得太陽能加熱只發(fā)生在水體表面，不僅大大減少了體系的能量損失，同時避免了加熱大塊水體，使蒸發(fā)效率保持在非常高的水平。英國《自然·通訊》(Nature Communications，2015年第5卷第4449頁)報道了使用剝離石墨和碳泡沫雙層結(jié)構(gòu)的，實現(xiàn)了在1000W/m²(即太陽光到達地球表面的功率)的光強下64％的蒸發(fā)效率，以及10000W/m²的光強下85％的蒸發(fā)效率，比起傳統(tǒng)的太陽能海水淡化的蒸發(fā)效率有著巨大的提高。現(xiàn)在已報道的太陽能水蒸氣蒸發(fā)的可以根據(jù)使用材料分為兩大類別，一類是通過將碳材料諸如氧化石墨烯，還原氧化石墨烯，碳納米管等制成氣凝膠得到。這類制作工藝復雜，難以大規(guī)模應用。另一類是將金屬納米粒子比如金，鋁，鈀等通過物理氣相沉積到多孔載體上得到。這類因使用貴金屬而導致成本高昂，而且其自身的柔韌性很差，很難實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化使用。另一方面，二維材料因其優(yōu)秀的物理性質(zhì)和光學性質(zhì)而越來越被廣泛應用在各個領(lǐng)域，并展現(xiàn)出了優(yōu)秀的光學吸收和光熱轉(zhuǎn)換性能。因而，將傳統(tǒng)的三維材料二維化成為解決時下諸多問題有效的手段。

因此，開發(fā)出一種制備具有高太陽能水蒸氣蒸發(fā)性能且低成本的二維材料的方法具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

從以上闡述的技術(shù)問題出發(fā)，本發(fā)明的目的是提供一種利用廉價且來源廣泛的原料來制備用于太陽能水蒸氣蒸發(fā)的二維導電高分子太陽光吸收體的方法。本發(fā)明人經(jīng)過深入細致的研究，完成了本發(fā)明。

在本發(fā)明的一個方面，提供了一種制備用于太陽能水蒸氣蒸發(fā)的二維導電高分子太陽光吸收體的制備方法，所述方法包括：在多孔片狀載體上，在氧化劑和溶劑存在下或者在氧化劑與溶劑形成的溶液存在下，在-5℃至5℃的溫度下使吡咯發(fā)生聚合反應，然后干燥，由此形成所需的二維導電高分子太陽光吸收體。