[發明專利]一種太陽能水蒸發用聚砜基光熱轉換復合膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202010835975.1
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN112128996B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 高愛林;閆業海;范慧琴;張廣法;趙帥;崔健
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: F24S20/55
• 分類號: F24S20/55;F22B1/00;C08J5/18;C08J7/04;C08L81/06
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 付麗麗

本發明公開了一種太陽能水蒸發用聚砜基光熱轉換復合膜及其制備方法，涉及太陽能水蒸發領域。其包括隔熱層，和隔熱層上表面的光熱轉換層，水輸送通道分布在光熱轉換層中，首先采用溶劑揮發相轉化法制備具有胞腔狀閉孔結構的聚砜(PSf)膜作為隔熱層，該胞腔狀結構賦予了膜優異的隔熱性能。然后經過真空輔助抽濾過程在膜表面沉積還原氧化石墨烯(rGO)包覆的聚苯乙烯微球(PS)光熱轉換層，此光熱轉換層不僅展示出優異的高寬帶太陽光吸收能力，而且還能提供持續的水傳輸通道。制備的rGO/PS@PSf復合光熱轉換膜在太陽能水蒸發過程中展示出優異的光熱轉換效能，對光吸收效率可達95％，膜界面處溫度可從室溫升高至80℃,能量轉換效率可達到69％。

技術領域

本發明涉及一種用于太陽能水蒸發過程的光熱轉換膜的制備方法，具體涉及一種具有界面粗糙結構的雙層光熱轉換復合膜的制備方法。

背景技術

太陽能和水是地球上最豐富的兩種資源。可以用來解決人類面臨的許多挑戰，如能源和水資源短缺。太陽能蒸發是對這兩種資源進行結合的技術，被認為是太陽能熱能技術中最具吸引力和最簡單的方法之一，可用于蒸汽生產過程，在許多工程應用中具有重要意義。從廢水或海水中產生蒸汽和清潔水是太陽能蒸發技術的基本應用，它是解決緊迫的全球缺水挑戰的最有前途的綠色和可持續解決方案之一。

傳統的太陽能蒸發方法通常光熱轉換效率較低，只有30％-45％，因為對太陽能的吸收效果不好，而且在水源底部放置吸光器造成的熱損失很大，這反過來又極大地限制了它的實際應用。之后人們開發了一種體積加熱系統，在這種類型的設計中，光吸收可以得到極大的改善，但是，熱損失仍然很大，因為整個系統的儲液器在這個過程中被加熱。最近開發的界面太陽能蒸發系統將光吸收器放置在水-空氣界面，使得只能加熱氣-液界面，而不是大量的水，從而大大提高了光熱效率。

在過去的十年里，界面太陽能蒸發的效率已經得到提高。這主要是由于新型光熱材料和光熱結構工程的快速發展。一個典型的雙層界面太陽能蒸發系統包括幾個組件，包括吸光器、襯底、散裝蓄水器、入射光和水蒸氣。目前，用于光熱轉換的材料主要分為三大類，不同的材料對應不同的光熱轉換機理，包括具有等離子體局域加熱機制的等離子體粒子，表現出電子空穴產生和弛豫機制的半導體，以及具有基于分子熱振動的光熱機制的碳質或聚合物材料。其中，各種碳材料由于在寬波長范圍內的高吸光性、相對低的成本和高穩定性，被研究作為最具競爭力的吸光材料，如石墨烯、氧化石墨烯、碳納米管、石墨和炭黑等。聚氨酯泡沫塑料(PU)和聚苯乙烯泡沫塑料(PS)作為優良的商用隔熱材料，被廣泛用作太陽能水蒸發系統的基材，并且可以使界面太陽能蒸發器很容易漂浮在水面上。申請號為201910214439.7的中國發明專利公開了一種用于太陽能蒸發的生物質碳材料的制備方法。負載生物質碳的濾紙作為頂部光熱層，之后將其置于包裹聚合物泡沫的海綿之上，聚合物泡沫可以作為隔熱材料，中間的海綿可以輸送水，得到浮于水表面的太陽能集熱器。但是這種設計會導致整體性的缺失，限制設備的使用范圍，并且其使用的隔熱材料具有較大的占地面積，不方便攜帶。

發明內容

本發明的目的是針對上述存在的問題，提供了一種制備工藝簡單、耗時短的二維光熱轉換復合膜的制備方法。該方法采用相轉化法制備聚合物基體膜，通過膜基體的結構特征來提供高效的隔熱性能，進一步通過抽濾過程將光熱轉換層附著在基體上。最終得到具有優異的光熱轉換效率的二維光熱復合膜。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種太陽能水蒸發用聚砜基光熱轉換復合膜，包括隔熱層，和隔熱層上表面的光熱轉換層，水輸送通道分布在光熱轉換層中。

具體地，所述隔熱層為溶劑揮發相轉化法制備的胞腔狀閉孔結構的聚砜膜，rGO包覆在PS微球表面形成rGO/PS微球作為負載在聚砜膜表面的光熱轉換層，rGO和PS微球之間形成水輸送通道。所述太陽能水蒸發用聚砜基光熱轉換復合膜漂浮在水面，水自光熱轉換層四周逐漸滲入、擴散，并鋪滿整個表面，由于GO的高吸光性，在表面聚集大量熱能，實現水的蒸發。