[發明專利]一種3D自漂浮隔熱高效光熱蒸汽轉換材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011145011.0
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112341738A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 田杰;孫岳玲;肖伽勵;冷靜;袁旭;王道亮
• 申請（專利權）人: 揚州工業職業技術學院
• 主分類號: C08L29/04
• 分類號: C08L29/04;C08K3/04;C08K7/00;C08K3/14;C08K3/30;C02F1/14
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 楊勝

本發明公開了一種3D自漂浮隔熱高效光熱蒸汽轉換材料及其制備方法，首先分別將2D層狀結構的氧化石墨烯復合納米片和PVA分散在水中，攪拌均勻，混和，得到均質懸浮液，并進行水熱處理，冷凍干燥，得到了所述的用于海水淡化和污水處理的3D自漂浮隔熱高效光熱蒸汽轉化材料。本發明所述3D自漂浮隔熱高效光熱蒸汽轉換材料具有寬光譜吸收，且兼具自漂浮性能和低熱導率，這有利于局域高溫的產生，促進水的蒸發，可以防止熱能的大量損失，因而實現高的水蒸發速率和光熱轉換效率。該材料制造方便，工藝簡單，原料廣泛，成本低，有望成為解決淡水資源短缺的一種有效材料。

技術領域

本發明涉及界面太陽能光熱蒸汽轉換領域，特別是涉及一種3D自漂浮隔熱高效光熱 蒸汽轉換材料及其制備方法。

背景技術

太陽能是一種儲量豐富、可持續的、清潔的能源，它在光電轉化、光催化、太陽能熱轉化等領域有著廣闊的應用。基于太陽能熱轉換，水蒸發被認為是從污水和海水中提取飲用水的一種簡單、方便且經濟可持續的方法。傳統的太陽能水蒸發系統通過光熱材料收集太陽能并轉化為熱能加熱大體相的水，由于水體與環境之間的熱損失降低了太陽能的利用效率。為了減少熱量損失，人們開始致力于高效的界面光熱轉化器件的研究。目前研發的太陽能蒸發器多數以絕熱材料為支撐體，與吸光材料組裝成太陽能水蒸發裝置，其雖擁有高的光熱轉換效率，但是復雜的結構和高成本的材料限制了太陽能蒸發器的實用性。因此亟需開發一種低成本、簡單且具有自漂浮結構的太陽能蒸發器。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供了一種3D自漂浮隔熱高效光熱蒸汽轉換材 料及其制備方法，旨在解決現有光熱轉換材料的效率低、熱損失大、結構復雜、成本高的問題。本發明制備過程環保、簡單、成本低。通過水熱處理將2D層狀結構的氧化石墨烯 復合納米片與PVA復合，PVA的引入改善了材料的親水性和機械性能。制備的2D層狀結 構的氧化石墨復合納米片與PVA復合光熱轉換材料無需支撐材料和絕熱材料直接作為太 陽能蒸發器。利用氙燈模擬太陽光，直接照射在漂浮在水面上的光熱轉換材料上進行界面 光熱轉換，多孔結構為水的供給提供理想的通道，同時這些通道為水蒸氣順利地逸出提供 了良好的途徑。另外豐富的孔結構降低了復合材料的導熱率，阻礙了熱量向大體積水傳遞， 進而提高了光熱轉換效率，增加了水蒸發速率。

本發明公開了一種3D自漂浮隔熱高效光熱蒸汽轉換材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將2D層狀結構的氧化石墨烯復合納米片分散在水中，充分攪拌至均勻分散；

2)配制聚乙烯醇PVA溶液；

3)將步驟2)中PVA溶液與步驟1)中2D層狀結構的的氧化石墨烯復合納米片溶液混和，充分攪拌，得到均質懸浮液；

4)將步驟3)中得到的均質懸浮液進行水熱處理，冷凍干燥，得到3D自漂浮隔熱高效光熱蒸汽轉化材料。

進一步的，步驟1)中，2D層狀結構的氧化石墨烯復合納米片包括：氧化石墨烯/石墨烯復合納米片、氧化石墨烯/二硫化鉬復合納米片或氧化石墨烯/Ti3C2Tx等。

進一步的，步驟1)中，2D層狀結構的氧化石墨烯復合納米片的濃度為2～8mg/mL。

進一步的，步驟2)中，PVA溶液的制備方法為：將PVA加入水中，在95℃水浴中 溶解2h。

進一步的，步驟2)中，PVA的平均分子量大小為67000～89000。

進一步的，步驟3)中2D層狀結構的氧化石墨烯復合納米片與PVA的質量之比為1:1～ 1:10。

進一步的，步驟4)中水熱的溫度為100～180℃，水熱時間為5～12h。

進一步的，步驟4)中采用的冷凍干燥，冷凍干燥溫度為-50℃～-20℃，冷凍干燥時間為10～60h。