[發明專利]一種吸光隔熱一體化光熱蒸發材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910370640.4
• 申請日: 2019-05-06
• 公開（公告）號: CN110182789B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 薄拯;楊化超;吳聲豪;嚴建華;岑可法
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01B32/194;C01B32/186;A61L2/07;C02F1/14;C02F103/08
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明的目的是提供一種吸光隔熱一體化光熱蒸發材料。吸光隔熱一體化光熱蒸發材料包括隔熱體和覆蓋在隔熱體外表面的吸光體，所述吸光體為表面經親水官能團修飾的垂直取向石墨烯，所述隔熱體為石墨烯泡沫，所述垂直取向石墨烯和石墨烯泡沫以共價鍵形式連接。本發明提供的一體化光熱蒸發材料克服了吸光體與隔熱體易脫離問題，以及液體滲入隔熱體內部所引起的熱損失問題，提高了局域加熱系統的穩定性和光熱轉化效率，實現了快速高效的光熱蒸發，制備工藝簡單，易于大規模生產，可應用于海水淡化、污水凈化和高溫蒸汽滅菌。

技術領域

本發明屬于太陽能光熱利用領域，尤其涉及一種吸光隔熱一體化光熱蒸發材料及其制備方法和應用。

背景技術

太陽能是地球上分布最廣，儲量最大的能源，因其清潔、可再生等特點，在能源危機和環境問題日益嚴重的21世紀受到最為廣泛的關注。光熱轉化是太陽能最主要的利用形式之一，如何高效、低成本地實現太陽能的光熱轉化，并對轉化的熱能加以有效利用，正成為當前國際的研究熱點[V.H.Dalvi1et al.Nat,Clim.Change 2015,5:1007-1013]。

2014年，美國麻省理工學院Gang Chen課題組提出具有雙層結構(由吸光體和隔熱體構成)的局域加熱系統，可以高效利用太陽能產生蒸氣，相對于對整個液體加熱的傳統方法，減少了液體向環境散熱等帶來的能量損失，提高了太陽能的光熱轉化效率[H.Ghasemiet al.Nat.Commun.2014,5:4449]。隨后的相關研究對局域加熱系統的雙層結構做了進一步優化，如：提出具有高光吸收率的吸光體以及具有良好隔熱性能的隔熱體[L.Zhou etal.Sci.Adv.2016,2:e1501227；Q.Jiang et al.Adv.Mater.2016,28:9400-9407]。

但是，在已報道的局域加熱系統中，存在兩個問題：(1)局域加熱系統是由吸光體直接堆疊在隔熱體上表面所構成的雙層結構，在實際蒸發過程中，上層吸光體容易與下層隔熱體脫離，導致兩者的間隙被待蒸發的液體填滿，系統的隔熱性能被削弱；并且，吸光體和隔熱體的脫離會降低系統的機械穩定性，不利于系統的長期運行。(2)待蒸發的液體是通過下層隔熱體內部傳輸到上層吸光體表面并進行換熱；高熱導率的液體(比如水，其熱導率為：0.6W m^-1K^-1)進入隔熱體內部會導致其隔熱性能下降，進而使得運行過程中的散熱損失增加、光熱轉化效率下降。

發明內容

本發明的目的是提供一種吸光隔熱一體化光熱蒸發材料。本發明提供的吸光隔熱一體化光熱蒸發材料克服了吸光體與隔熱體易脫離問題，以及液體滲入隔熱體內部所引起的熱損失問題，提高了局域加熱系統的穩定性和光熱轉化效率，實現了快速高效的光熱蒸發，制備工藝簡單，易于大規模生產，可應用于海水淡化、污水凈化和高溫蒸汽滅菌。

一種吸光隔熱一體化光熱蒸發材料，所述吸光隔熱一體化光熱蒸發材料包括隔熱體和覆蓋在隔熱體外表面的吸光體，所述吸光體為垂直取向石墨烯，所述隔熱體為石墨烯泡沫，所述垂直取向石墨烯和石墨烯泡沫以共價鍵形式連接；所述吸光體為表面經親水官能團修飾的垂直取向石墨烯。

所述吸光體捕集太陽能，并將光能轉化為熱能，產生局部高溫；所述隔熱體阻滯熱流傳遞，減少散熱。

所述垂直取向石墨烯由碳納米壁陣列組成。所述石墨烯泡沫為多孔結構。

經親水官能團修飾的垂直取向石墨烯可作為液體流道，通過毛細作用傳輸液體到局部高溫區域，實現快速光熱蒸發；并且保護隔熱體免受液體潤濕。

所述親水官能團為含氧官能團。所述含氧官能團選自羥基(-OH)、醛基(-CHO)和羧基(-COOH)中的一種或至少兩種的組合。

-OH、-CHO、-COOH為親水基團，在垂直取向石墨烯表面修飾上述一種或至少兩種親水官能團，能夠增強垂直取向石墨烯與水之間的親和力，增強垂直取向石墨烯的毛細作用。