[發明專利]一種基于絲瓜絡生物質的光熱水蒸發器件

在審

• 申請號: 201911153479.1
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110844959A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 楊麗霞;張超凡;陳厚;梁英;柏良久;楊華偉;魏東磊;王文香
• 申請（專利權）人: 魯東大學
• 主分類號: C02F1/14
• 分類號: C02F1/14;F22B1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于絲瓜絡生物質的界面太陽能蒸汽產生器的設計，并將該器件用于廢水處理。以絲瓜絡為原料通過成型和碳化等步驟得到多孔結構生物質炭片，制得的材料具有自漂浮性能，能高效吸收太陽光并轉化為熱能，獲得良好的太陽能水蒸發性能。該生物質炭片原位沉積碳納米管后，水蒸發性能得到提升。本發明以絲瓜絡為原料，原材料環保可再生，水蒸發器件制備工藝簡單，可大規模生產；水蒸發操作方便，無需專人看護，在廢水處理領域有良好應用前景。

技術領域

本發明屬于水處理領域，具體涉及界面太陽能蒸汽產生器的設計以及在廢水處理中的應用。

背景技術

近年來，化工、冶金等行業在生產過程中會產生大量含染料和重金屬離子的廢水，此類廢水若直接排放會對水體和周圍環境造成不可逆的污染，因而含染料和重金屬廢水的處理至關重要。染料和重金屬離子種類多，毒性不同，處理方式也不同，而且處理過程較為復雜。蒸發法可以進行廢水處理，利用蒸汽提供熱能，導致其耗能較大。相比于傳統的化石能源，太陽能是取之不盡、用之不竭的可再生資源，具有儲量豐富、分布廣泛、清潔環保的優勢。傳統的太陽能蒸發技術通過集熱器將太陽光的能量轉化為熱量來進行水蒸發，這一方式不僅設備笨重昂貴，而且效率較低。而界面太陽能蒸汽發生器通過在水溶液表面構筑高效光熱轉換材料，將清潔環保的太陽能轉換成熱能，熱量聚集在氣液界面處局部加熱水，最大限度減少熱量向水體流失，以提高表面水的蒸發效率，有效進行廢水處理。

基于此對各種光熱轉換材料，如碳基材料（石墨、炭黑、石墨烯、碳納米管以及生物質炭）、納米貴金屬粒子、半導體材料和有機物材料（聚吡咯、聚苯胺）的研究越來越受到重視。但是納米金的價格昂貴，高比表面積及孔隙率的石墨烯多孔材料成型工藝復雜，有機聚吡咯材料的循環穩定性差等問題制約了大規模太陽能水蒸發材料的應用，迫切需要進行低成本光熱轉換材料及其制備工藝的開發。可再生的天然生物質資源因其豐富的碳含量為碳材料的發展和應用提供了充足的原料來源。同時這種天然生物質資源轉化為碳材料后產生豐富的孔結構，是人工合成材料所不及的，能夠制備超高比表面積的活性炭材料，在吸附、儲能、電化學領域有著巨大的應用前景。

發明內容

對上述技術存在的問題，本發明提供了一種基于絲瓜絡生物質炭材料的界面太陽能蒸汽產生器的設計，并將該器件用于廢水處理。絲瓜絡作為天然可再生資源，由縱橫交錯的纖維圍成多層細密而堅韌的天然網狀多孔結構，易于加工成結構完整的多孔絲瓜絡片，經碳化和復合后獲得分級多孔炭材料。這種生物質炭材料來源廣泛，價格低廉，可塑性好，能耐強酸和強堿的腐蝕，光熱循環穩定性好，是理想的光熱轉換器件。我國是絲瓜種植大國，為超輕多孔碳材料的結構設計與制備提供了充足的原料供給。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

（1）界面太陽能蒸汽產生器的設計方法，包括以下步驟：

以絲瓜絡為原材料，經過成型、碳化制得多孔結構生物質炭片，能夠吸收太陽能并轉化成熱能，進而實現水蒸發。該生物質炭片原位沉積碳納米管后，水蒸發性能得到提升。

優選地，所述的光熱轉換材料是碳化的絲瓜絡片和沉積碳納米管的碳化絲瓜絡片復合材料。

優選地，所述的光熱轉換材料碳化絲瓜絡片的制備過程中，保護氣氛是氮氣，其流量為80-120 mL/min；升溫速率為3-10 oC /min；碳化溫度為500-800 oC；保溫時間為1-6h。

優選地，所述的光熱轉換材料沉積碳納米管的碳化絲瓜絡片的制備過程中，先在碳化絲瓜絡上包裹一層多巴胺，將其碳化后，在硝酸鎳溶液中浸泡，干燥后用于沉積碳納米管。以氮氣為保護氣體，調整其流量為180-240 mL/min，升溫至700 oC后，將氣體改為氮氣和乙醇的混合氣體進行沉積。

（2）界面太陽能蒸汽產生器件的水蒸發過程，包括以下步驟：

將界面太陽能蒸汽產生器件置于裝有不同廢水的容器中，該器件自漂浮于水面上，打開光源或者直接太陽光照射進行水蒸發凈化水質實驗。